Para aquellos que no saben hacer 'las matemáticas' o tienen el software con el cual hacer trampa, hay alternativas maleables si uno sabe la pregunta correcta, y esta dispuesto a buscar los detalles necesarios.
Dentro de este caso de estudio de dos partes, el autor presentará un proceso de múltiples pasos que puede ser utilizado para valorar la selección de lubricante de cojinetes/rodamientos sea la adecuada, sin los cálculos matemáticos complicados. (Algunas matemáticas son requeridas, pero los cálculos individuales son fáciles de comprender). Mientras el resultado para este enfoque proporciona una respuesta "subjetiva" antes que "objetiva", se espera que con una mejor comprensión del proceso, los técnicos de mantenimiento tengan una mejor sensación para cuando existía la selección de lubricante.
Esta porción del caso explicará los pasos necesarios para identificar la condición de operación actual y comparar ese estado a la condición necesaria. La segunda parte, que será proporcionada próximamente, tratara las opciones para mejoras centradas en confiabilidad.
Subibaja de 3 lados
Los Cojinetes simples trabajan en una condición hidrodinámica. La superficie de rotación flota en una película de aceite creada por un balance de aceite que es lo suficientemente gruesa que resiste ser empujada del camino por la superficie móvil. Hay unas cuantas maneras sencillas de cambiar el grado del "empuje" proporcionado por el lubricante. Cuándo la cantidad del "empuje" es ajustada, la profundidad de la película de aceite entre las dos superficies también es ajustada. El aumento de la resistencia (aumento del poder de empuje) se traduce a una película más gruesa o más profunda de aceite entre las superficies de la máquina, que es deseable a un mayor grado. El aumento de la resistencia viene del aumento de la viscosidad.
Después de que la máquina es instalada, el encargado del mantenimiento de la máquina podría cambiar la cantidad de empuje escogiendo una viscosidad inicial más alta (viscosidad más alta = resistencia más alta = más "empuje"), que se traduce en una mejor capacidad de carga y una película de aceite más profunda. Antes de que la máquina sea construida, el diseñador de la máquina podría cambiar el área lubricada de la máquina para aumentar la profundidad de la película de aceite. Cuándo el área de la superficie aumenta la resistencia líquida disponible (el poder del "empujón") aumenta; cuando el área disminuye entonces la resistencia disponible del fluido disminuye.
La velocidad de la máquina también puede influir en la profundidad de la película del aceite, pero la velocidad de la máquina es seleccionada durante las consideraciones originales de diseño, y raramente sujeta para un cambio suficiente para hacer una diferencia.
Esto es un subibaja de 3 lados que puede ser manipulado para llegar a las superficies lubricadas que no golpean y frotan durante la operación. Los cambios tanto en la velocidad de superficie, la carga o la viscosidad influirán en el balance entre tener una película de aceite ya sea demasiado gruesa o demasiado delgada.
¿Ya es seguro?
¿Cómo sabrá el propietario de la máquina cuando es tiempo de revisar la selección del lubricante? Eso es también relativamente inequívoco. Los componentes que operan en una condición hidrodinámica no interactúan. Si hay cualquier signo de desperdicios de desgaste producidos por el componente, en su mayor parte en forma de Cobre, Plomo, Estaño y/o Hierro, entonces las causas probables son dos y tres cuerpos abrasivos de desgaste, cavitación o corrosión. Uno no debe descontar que la desalineación, el desbalanceo, y los ejes doblados sean culpables potenciales también para la interacción de superficie, pero en este punto la suposición es que el estado "normal" de operación es uno de balanceo de precisión, alineación y condición mecánica.
El análisis de desechos (Ferrográfico Analítico) ayudará al técnico a identifica el uso corrosivo, y diferenciar hasta cierto punto entre los otros modos de desgaste. El propietario puede controlar el desgaste abrasivo de 3 cuerpos (mostrado en la Figura 1) quitando partículas que sean del mismo tamaño o mas grandes que la profundidad de la película de aceite (en la gama de 3 a 10 micras).
Un nivel útil de limpieza estaría en la gama de 17/16/13 de ISO. De hecho, esto probablemente deba ser la máxima prioridad por una variedad de razones, pero esa historia pueden esperar para otro día.
Si el aceite esta limpio, y hay desgaste metálico presente, aún a un grado leve, entonces uno puede sospechar de otros modos de desgaste. Esto es conocido como el desgaste de 2 cuerpos y es mostrado en la Fig. 2.
Verifique dos veces la Viscosidad Operacional
Un desplome al por mayor de la película del aceite en un cojinete llevará a la falla de la maquina rápidamente. Algunas máquinas pueden operar durante años con una película de aceite marginalmente adecuada. Con el cambio en temporadas, y/o en los cambios en la temperatura del aceite, la profundidad de la película aumenta y disminuye. El tiempo caliente, y sumideros calientes de aceite, pueden causar que la profundidad de la película caiga a un grado que un contacto intermitente (o al por mayor) ocurra, generando desecho de desgaste. Cuando el tiempo y la temperatura del sumidero refrescan el aceite los aumentos de la profundidad de la película y los ejes de rotación flotan seguros encima de la superficie estacionaria. Obviamente, los rangos de desgaste aumentan con la velocidad de la rotación.
Todo esto lleva a la pregunta: ¿es la profundidad de la película del aceite adecuada para vencer los cambios de aumento en la velocidad de la máquina y la temperatura del aceite? ¿Sin cavar en los atributos de la ecuación de Sommerfield (la fórmula matemática para calcular el espesor de la película teóricamente), cómo quizás vaya uno acerca de estimar la adecuación de la película con la certeza suficiente para tener la confianza en los resultados de la revisión?
Hay unos cuantos recursos disponibles que pueden ser utilizados para llegar en el grado de detalle deseado. El gráfico en la figura 3 es proporcionado por Michael Neal en el libro de texto sumamente útil 'La Guía de Tribología' 1. Este gráfico proporciona al usuario con una referencia dinámica de la viscosidad (centipoise, que es igual a centistokes X la gravedad específica del lubricante) para una velocidad de superficie conocida y carga. La velocidad de la superficie y las unidades de carga son calculadas basadas en las entradas de la máquina y parámetros de operación. El parámetro necesario de la velocidad de la superficie es metros por segundo, y el parámetro de la carga es de Kilo-Newtones por metro cuadrado. Ninguna de las 2 unidades es necesariamente conveniente, pero ambas son manejables. (Para ayuda con conversiones de unidad visite www.convert-me.com.)
La Velocidad de superficie, en metros por segundo, representa la velocidad en que un punto dado en la superficie del rodamiento viaja en su rotación. Este valor es calculado midiendo la circunferencia del rodamiento (la Circunferencia = Pi* el Diámetro del eje (en metros)), y multiplicar este valor por la velocidad del eje (RPM).
La unidad de carga, en Kilo-Newtones por metro cuadrado, representa la Presión Media en la superficie cargada. Este valor es estimado dividiendo la carga total dividida por el producto del ancho del cojinete por el diámetro del eje (Carga media = la carga Total/ (Ancho del cojinete * el Diámetro del eje). La carga total debe incluir la carga de cualquier peso del proceso añadido a la máquina (como una barra grande).
Para evaluar la viscosidad hay varios datos que deben ser reunidos. Por ejemplo, considerar el escenario siguiente:
De estos detalles nosotros calculamos el área del cojinete y la carga total distribuida en la área, y llegar a una unidad de carga, como se ve abajo.
Una vez que la unidad de presión media es conocida, uno puede verificar la viscosidad necesaria en la velocidad operacional y la temperatura operacional.
Esto es un proceso de dos paso. Primero, trace la velocidad de superficie lineal (eje inferior, la línea de puntos roja), y entonces trace la carga (eje de lado, la línea azul sólida) tan de cerca como sea posible. Recuerde que el espaciamiento es logarítmico. Dondequiera que las dos líneas se cruzan representan la viscosidad Dinámica, admisible y mínima. La viscosidad dinámica es proporcionada en Centipoise. En el ejemplo, el mínimo absoluto parece estar alrededor de 18 centipoise. Tenga presente, hay generalmente dos cojinetes, así que el área debe ser combinada para determinar el valor de la carga media. Esto completa el primer paso.
El próximo paso es de determinar la viscosidad dinámica verdadera. La unidad de la medida de Centipoise representa el espesor del lubricante dentro de un sistema en operación, donde el aceite es empujado literalmente por componentes lubricados. Centipoise es calculado multiplicando el valor de la viscosidad del lubricante en centistokes por la gravedad específica del lubricante. La gravedad específica puede ser medida o tomada del "valor típico" mostrado en la hoja de datos del producto. El valor típico es adecuado a menos que, en la sinopsis final, la viscosidad verdadera sea más baja que el límite admisible mínimo. Mientras más cercano es el valor verdadero es al límite admisible mínimo es más importante el saber el número exacto. En el caso del ejemplo, el valor típico es adecuado.
El segundo paso tiene unos cuantos requisitos diferentes. El paso 2a. requiere que uno determine la viscosidad del lubricante en la temperatura operacional. El paso 2b. Requiere que uno convierta este valor a una unidad de centipoise, y 2c. Requiere que uno compare el valor verdadero al límite indicado. Optimistamente, el valor verdadero es alrededor de 3 veces más que el valor mínimo observado.
Mike Johnson es el fundador de Advanced Machine Reliability Resources Inc., una firma que proporciona desarrollo de programas de lubricación de precisión, consultoría y capacitación. Ha escrito y presentado numerosos artículos en Simposios y conferencias a través de Norte América sobre como utilizar la lubricación de la maquinaria para manejar la confiabilidad de la maquinaria. Mike esta felizmente casado, juega y entrena soccer, tiene 3 hijos jóvenes que consumen su tiempo restante y atención. Puede ser contactado en mjohnson@amrri.com o 615-771-6030.
1. Neal, M.J. ‘The Tribology Handbook’, 2nd Edition. 1999. Page C7. Published by: Butterworth – Heinemann, Div. of Elsevier PLC Group.
