PRODUCTIVIDAD EN EL MANTENIMIENTO

 

Por Eduardo Niño de Rivera

 INTRODUCCIÓN

Básicamente, hay dos formas de medir la productividad del mantenimiento, el porcentaje del tiempo que los técnicos dedican a las máquinas y el porcentaje del tiempo que las máquinas están disponibles para producción. La medición de estas variables permite comparar la efectividad del mantenimiento de cualquier planta contra los estándares internacionales, y también permite evaluar el progreso de los proyectos que buscan incrementar esta productividad de una planta. Las prácticas de mantenimiento han evolucionado gracias a numerosos estudios basados en estas variables, y a pesar del conocimiento acumulado desde la década de 1940, hay un consenso generalizado entre los expertos y practicantes del mantenimiento, de que la gran mayoría de las plantas, en cualquier parte del mundo y en cualquier industria, están lejos de una productividad efectiva. Este artículo trata sobre las mediciones, los niveles a los que se puede aspirar y las formas de incrementar la productividad de las plantas.

 

¿EN QUÉ SE VA EL TIEMPO?

En un estudio sobre la productividad de sus plantas, que data de la década de 1980, Dupont encontró que en el 5% de las plantas con mayor productividad, los técnicos de mantenimiento dedicaban entre el 55 y el 60% de su tiempo a trabajar directamente en las máquinas, en contraste, las plantas menos productivas estaban entre el 20 y el 30%. Numerosos estudios posteriores han concluido que esta distribución se sigue dando en diferentes industrias alrededor del mundo. A pesar de los avances que ha habido en la sistematización del mantenimiento desde los primeros estudios, seguimos encontrando baja productividad en la mayoría de las plantas de empresas grandes y pequeñas, y no se debe a falta de disciplina o motivación del personal, sino a deficiencias sistemáticas en la administración del mantenimiento.

 

Además de trabajar directamente en las máquinas, los técnicos de mantenimiento tienen que dedicar tiempo a diferentes actividades como [1]:

·         Recibir instrucciones

·         Parar y bloquear la maquinaria

·         Traslado de y al sitio de la máquina

·         Conseguir partes

·         Conseguir herramientas

·         Demoras por mala coordinación

·         Descansos autorizados

·         Tiempo muerto en el sitio

·         Inicio de labores retrasado y fin adelantado

·         Limpieza

·         Papeleo

·         Tiempo personal excesivo

 

La mayoría de estas actividades son inevitables, pero es posible reducir el tiempo dedicado a ellas mediante una buena planeación, que contemple la preparación (planning) y la programación (scheduling) del trabajo. Aunque la mayoría de las plantas tienen personal dedicado a la planeación del mantenimiento, por lo general se le da importancia secundaria y se le asigna a personal poco calificado.

 

Sin una medición y comparación con los estándares internacionales, es fácil pensar que el tiempo que estamos dedicando a las actividades periféricas es “normal”. Pero la realidad es que los costos derivados de una mala planeación son muy elevados, no sólo por el tiempo que pierden los técnicos de mantenimiento, sino por el alto costo del tiempo improductivo de las máquinas.

 

Para dar un ejemplo, se contrata a un técnico externo para dar mantenimiento a una máquina. Siendo profesional, el técnico manda una lista de requerimientos en partes, herramientas y respaldo de personal de la planta que requiere, así como una descripción detallada del trabajo que va a realizar y el tiempo estimado para realizarlo. Quien recibe la lista la echa un vistazo y prepara una solicitud con lo que le hace falta, mete la lista y la solicitud a un archivo, y sale corriendo a resolver un problema en la línea de producción. Cuando el técnico externo llega a la planta, tiene que esperar a que una persona que está atendiendo un problema en la línea de producción autorice su entrada, y después, tiene que esperar para iniciar el protocolo de seguridad. Una vez que el técnico ha pasado por los protocolos y puede acceder a la planta, se reúne con el responsable del proyecto para discutir las necesidades y procedimientos, que éste último solamente había leído de pasadita antes de la llegada del técnico. Finalmente llegan a un acuerdo y preparan la documentación y autorizaciones necesarias para poner la máquina a disposición del técnico.

 

Sólo entonces se enteran de que no pueden parar la línea hasta que termine la producción en curso. Por suerte, pueden emplear este tiempo en conseguir algunas herramientas solicitadas originalmente, que nadie verificó que estuvieran disponibles para realizar el trabajo. Una vez que la línea se ha detenido, hay que esperar a que se enfríe, y luego, a que el personal de la planta, que está atendiendo un problema en otra línea, se desocupe para hacer la limpieza exterior requerida para darle servicio a la máquina.

 

Una vez que comienza el trabajo en la máquina, tenemos a 10 personas trabajando donde sólo se necesitan 4, lo que significa que 6 de ellas, más que ayudar, estorban. Al terminar el trabajo no pueden hacer las pruebas necesarias para el arranque porque hay un candado bloqueando la máquina, y nadie sabe por qué está ahí. Les toma un buen rato encontrar a la persona a la que se le olvidó quitarlo cuando terminó su trabajo. Finalmente pueden quitar el candado para hacer las pruebas y liberar el equipo para producción.

 

Puede parecer una exageración, pero la experiencia nos dice que, para muchas plantas, ésta es la forma normal de trabajar y que ni el personal técnico ni el administrativo consideran que haya necesidad de cambiar. Y no lo harán mientras el mercado les perdone esta ineficiencia, pero estarán dejando ir utilidades y el problema llegará cuando el mercado apriete los márgenes financieros.

 

 

LAS CAUSAS DE LAS DEMORAS

Estas demoras se deben a mala planeación del trabajo, que tiene dos componentes, la preparación y la programación.

 

PREPARACIÓN (Planning).

En el ejemplo anterior, el técnico externo envió una lista de los trabajos a realizar, así como las piezas, herramientas, personal y tiempo requerido, pero en la planta no se hizo el trabajo de preparación para tener todo listo para cuando llegara el técnico. Es decir, que el técnico externo cumplió con su responsabilidad respecto a la preparación adecuada, pero no así el personal de la planta. Es difícil entender por qué una empresa no le pone la debida atención a las recomendaciones de un técnico al que han contratado para hacer un trabajo específico, pero esto es tan común que los contratos de servicio específicamente establecen que el cliente será responsable del tiempo de inactividad por demoras atribuibles al cliente.

 

PROGRAMACIÓN (Scheduling).

Otras demoras se debieron a falta de coordinación dentro del departamento de mantenimiento y con otras áreas de la planta. Hubo pérdidas de tiempo debido a que la autorización de entrada y el protocolo de seguridad no estaban listos cuando el técnico llegó a la planta. También se perdió tiempo por falta de coordinación para que el personal requerido y la máquina estuvieran disponibles para hacer el trabajo. Había también personas que nada tenían que hacer durante la intervención en las máquinas. Finalmente, se perdió tiempo por un candado que se dejado bloqueando innecesariamente la máquina.

 

PODEMOS INCREMENTAR LA PRODUCTIVIDAD SIN EMPLEAR MÁS PERSONAL

Midiendo el tiempo que cada persona ha dedicado a las diferentes tareas podemos determinar el porcentaje que han trabajado directamente en la máquina como un indicador de la productividad. Junto con su artículo “How to Sell  Planning and Scheduling to Your CEO” Erik Hupje nos ofrece una herramienta sencilla para evaluar la productividad del personal de mantenimiento [1].

 

La mala planeación es una causa común de la poca productividad de los técnicos de mantenimiento. Pero el verdadero problema está en una cultura empresarial, que considera el mantenimiento como un mal necesario en lugar de una fuente de productividad. Si desde la alta gerencia hasta los técnicos de piso piensan que el departamento de mantenimiento está ahí para reparar las máquinas que se han descompuesto, en el menor tiempo posible, difícilmente saldrán del círculo vicioso que los hace improductivos.

 Romper este círculo requiere un cambio de enfoque: La responsabilidad del departamento de mantenimiento no es reparar las maquinas que se han descompuesto, sino obtener el máximo rendimiento de la maquinaria.  

 

TIEMPO PRODUCTIVO DE LAS MÁQUINAS.

Los estudios de productividad mencionados arriba han encontrado que las plantas menos productivas consiguen alrededor del 83% de disponibilidad de su maquinaria, comparado con el 98% de las plantas más productivas, y que el común denominador de las plantas más productivas son las prácticas sólidas de mantenimiento en preparación, programación, empleo de mantenimiento preventivo y predictivo, y la eliminación de defectos [1, 2, 4 y 5]. Las plantas menos productivas tienden a estar metidas en este círculo vicioso también conocido como “mantenimiento reactivo”.

 

Junto con la medición de la productividad, como primer peldaño en el incremento de la productividad en plantas inmersas en el mantenimiento reactivo, Erik Hupje propone asignar la preparación y programación del mantenimiento a personas con capacidades específicas. El o la responsable de la preparación debe tener capacidad técnica y conocimiento de los procedimientos y necesidades del mantenimiento, y el o la responsable de la programación debe tener capacidad administrativa para coordinar las actividades en forma efectiva y eficiente. Lo más importante es que este primer incremento en productividad puede lograrse con el mismo número de personas dedicadas al mantenimiento [1].

 

Pero, como todo cambio en la cultura organizacional, la implementación exitosa de un sistema eficaz de mantenimiento requiere de una ejecución cuidadosa. Hay abundante literatura sobre la manera de lograr cambios permanentes en la cultura organizacional, la mayoría se enfoca en factores de liderazgo y, desafortunadamente, no parece haber un consenso al respecto. En un artículo publicado en Harvard Business Review [3], Harold Sirkin, Perry Keenan y Alan Jackson, concluyen que el proceso de implementación es más importante que los estilos de liderazgo, y que los cuatro factores comunes en los cambios organizacionales exitosos son:

 

La Duración del proyecto, especialmente el periodo entre revisiones de avance

La Integridad de la ejecución, es decir, las capacidades de los equipos involucrados en el proyecto.

El Compromiso tanto de la alta dirección como de los empleados

El Esfuerzo adicional que los empleados tendrán que realizar para lidiar con el cambio.

 

CONCLUCIÓN.

Incrementar la productividad de una planta atrapada en el círculo vicioso del mantenimiento reactivo, requiere de un cambio de enfoque: La responsabilidad del departamento de mantenimiento no es reparar las maquinas que se han descompuesto, sino obtener el máximo rendimiento de la maquinaria. Numerosos estudios han documentado que las plantas con alta productividad tienen buen desempeño en cuatro áreas del mantenimiento: preparación (planning), programación (scheduling), mantenimiento preventivo y predictivo, y eliminación de defectos. Como primer peldaño para incrementar la productividad de una planta sin un aumento en número de personas asignadas al mantenimiento, proponemos el fortalecimiento de la planeación, asignando las responsabilidades de preparación y programación a personas con las capacidades apropiadas. Pero la implementación de esta propuesta requiere de un cambio organizacional que incluya cuatro elementos básicos: La duración del proyecto, la Integridad de la ejecución, el compromiso a todos niveles y el esfuerzo adicional por parte del personal.

 

Referencias

 

1.       Erik Hupje. “How to Sell Planning and Scheduling to your CEO”. Road to Reliability.  https://roadtoreliability.com/sell-planning-scheduling-productivity-improvement/#cb994210549

2.       Erik Hupje. “The Road to Reliability”. Libro electrónico disponible en: https://roadtoreliability.com/

3.       Harold L. Sirkin, Perry Keenan y Alan Jackson. “The Hard Side of Change Management”. Harvard Business Review, Octubre 2005 https://hbr.org/2005/10/the-hard-side-of-change-management

4.       Joel Levitt. “The Quest for Defect Elimination”, Springfield Resources, 2020.

5.       Winston P. Ledet, Winston J. Ledet, Sheri M. Abshire. “Don’t Just Fix It, Improve It”. Terrance O’Hanlon, 2009.

COMO EVITAR FALLAS INESPERADAS EN REDUCTORES DE VELOCIDAD

 

 

 

Por Eduardo Niño de Rivera

 

INTRODUCCIÓN

La responsabilidad fundamental de los departamentos de mantenimiento es mantener los equipos produciendo con eficiencia, con un mínimo de tiempos muertos y dentro de especificación. Además de su contribución directa a la productividad de la planta, el cumplimiento de estos objetivos prolonga la vida útil de los equipos y reduce los costos asociados a paros no programados. En este artículo exploramos algunos de los factores que más influyen en el deterioro y en la pérdida de confiabilidad de los equipos; y cómo mantenerlos produciendo en forma continua con la eficiencia y la calidad que exige el mercado.

 

LA PRACTICA DEL MANTENIMIENTO

A lo largo del tiempo se han desarrollado diversas formas de dar mantenimiento a la maquinaria. En la actualidad, la forma de mantenimiento que se da a cada máquina depende de las consecuencias que una falla inesperada tendría en la producción:

Mantenimiento Correctivo, en el que solamente se reparan las maquinas cuando se han descompuesto. Es evidente que las fallas ocurrirán sin previo aviso y que las maquinas estarán fuera de servicio durante la reparación. Esta práctica solamente puede emplearse en equipos periféricos cuya falla no tiene mayor impacto en la producción. 

Mantenimiento Preventivo, en el que periódicamente se hacen ajustes y se cambian piezas para evitar que las máquinas se descompongan entre un ajuste y el que sigue. Esta modalidad tiene dos defectos, el primero es que, en el afán de estar del lado seguro, recomienda cambiar piezas bastante antes de que lleguen al final de su vida útil; y el segundo al cambiar piezas que están en buen estado, se corre el riesgo de hacer una instalación defectuosa de las piezas nuevas, provocando su falla prematura. El mantenimiento preventivo, entonces, no garantiza que la máquina no fallará entre un ajuste y el que sigue, y por lo tanto, solamente puede aplicarse a equipos secundarios que pueden estar fuera de servicio por un tiempo limitado sin tener un impacto mayor en la producción

Mantenimiento Predictivo, en que los ajustes y cambios se programan en base indicadores del estado en que se encuentran los componentes de la máquina. De esta manera se obtiene mayor vida útil de las piezas y se reducen los riesgos asociados al montaje de piezas. Se debe aplicar mantenimiento predictivo a equipos de costo elevado y a aquellos que, al quedar fuera de servicio, pueden parar la producción de una línea o de toda una planta. 

Eliminación Cotidiana de las Causas del Deterioro de las Máquinas es una práctica que debe aplicarse a todos los equipos de la planta ya que contribuye enormemente a evitar fallas prematuras en la maquinaria [2 y 3].

 VIDA ÚTIL DE LOS COMPONENTES MECÁNICOS

A menudo se usa la curva en forma de tina de baño para describir la probabilidad de falla de los componentes mecánicos. La curva tiene tres etapas: I.- alta mortandad infantil, los componentes fallan por defectos en la fabricación, la instalación o el montaje, la probabilidad de falla disminuye con el tiempo; II.- vida útil, la probabilidad de falla es baja y constante; III.- desgaste, la probabilidad de falla aumenta rápidamente. Desde el punto de vista del mantenimiento, la implicación importante de este comportamiento es que no se deben cambiar piezas que están en la etapa II porque las nuevas tienen una mayor probabilidad de fallar. Lo ideal es hacer los cambios al final de la vida útil, en la transición entre las etapas II y III.

PRINCIPALES CAUSAS POR LAS QUE FALLAN LOS REDUCTORES DE VELOCIDAD

Entre los practicantes y estudiosos del mantenimiento industrial hay un consenso bastante generalizado de que las principales causas por las que fallan los reductores de velocidad son:

·         Causas asociadas a la lubricación:

o   Contaminación,

o   Lubricante inadecuado,

o   Lubricante deteriorado,

o   Lubricante insuficiente o en exceso.

·         Causas asociadas al manejo e instalación:

o   Mal montaje,

o   Desalineación,

o   Daños en transporte o almacenaje.

·         Cargas superiores a la capacidad del reductor de velocidad.

 

CARGAS SUPERIORES A LA CAPACIDAD DEL REDUCTOR DE VELOCIDAD

Una condición indispensable para que un reductor de velocidad alcance una vida útil adecuada es que tenga capacidad para cumplir con los requerimientos del trabajo a realizar. Con más frecuencia de la que quisiéramos, vemos fallas prematuras en reductores de velocidad derivadas de un ahorro mal entendido, ya sea porque se adquieren reductores de velocidad con factores de servicio inferiores a los que la aplicación exige, o porque los encargados de producción quieren sacarles más provecho del que están diseñados para brindar.

.Desafortunadamente, hay fabricantes de equipo que, para poder ofrecer sus equipos a menor precio, usan reductores de velocidad con capacidad limitada o calidad cuestionable. Los encargados de adquirir maquinaria deben exigir que ésta incluya reductores de velocidad que ofrezcan una vida útil y confiabilidad acordes a las necesidades de la producción. Resulta atractivo comprar maquinaria un poco más barata, pero deben tenerse en cuenta los gastos adicionales en mantenimiento y los costos de los tiempos muertos para realizar reparaciones frecuentes.

En ocasiones los reductores de velocidad se ven sometidos a cargas excesivas por falta de control en el proceso de producción o porque se trata de incrementar la producción más allá de lo que la maquinaria está diseñada para soportar, pero a la larga hay una pérdida de producción por los tiempos muertos requeridos para reparar los daños causados a la maquinaria y al reductor de velocidad. 

Ya sea que los reductores de velocidad estén bien seleccionados o no, la responsabilidad del departamento de mantenimiento es obtener la máxima productividad que el equipo a su cargo pueda ofrecer. En la práctica, esta responsabilidad se traduce en implementación de acciones concretas:

 

ELIMINACIÓN DE LAS CAUSAS DEL DETERIORO [2 y 3]

Para eliminar los problemas asociados a la lubricación, la rutina cotidiana del personal de mantenimiento y producción debe incluir:

MANTENER EL ACEITE LUBRICANTE EN BUEN ESTADO

·         Evitar la contaminación:

o   Mantener limpio el exterior de la caja y sus alrededores para evitar que penetren polvo, tierra, agua, aceite, grasa u otros contaminantes;

o   Mantener las válvulas de alivio y filtros en buen estado;

o   Hacer revisiones y análisis de aceite periódicamente.

·         Mantener el nivel adecuado de aceite en el depósito.

·         Verificar que el aceite para cambio o rellenado sea el adecuado, y que esté limpio y en buen estado.

·         Cambiar el aceite periódicamente o cuando el análisis indique que se ha degradado

 CORREGIR ANOMALÍAS EN ANCLAJES, UNIONES Y CAJAS.

·         Revisar tornillos de anclajes, tapas y uniones para apretar los que estén sueltos.

·         Buscar y corregir fugas de aceite.

·         Verificar la integridad de las cajas y reportar fisuras o grietas para realizar reparaciones o cambios oportunos.

·         Escuchar, detectar y reportar cambios en el sonido normal del reductor de velocidad en operación.

·         Verificar el estado de las bases y de la cimentación para corregir problemas que podrían incidir en la alineación del tren de transmisión.

·         Implementar pequeños proyectos para corregir estas anomalías.

 

IMPLEMENTAR PEQUEÑOS PROYECTOS PARA CORREGIR ANOMALÍAS [2 y 3]

A menudo, estas anomalías representan molestias menores que se dejan pasar por alto, inclusive, las reparaciones de daños causados por estas anomalías llegan a hacerse rutinarias y a considerarse parte de la forma normal de operar. Pero, en realidad, estas anomalías provocan desgaste prematuro que acorta la vida útil de los componentes mecánicos, de manera que resulta más productivo invertir el tiempo y los recursos necesarios para llevar a cabo un pequeño proyecto (unas horas o días) para eliminar la anomalía, que hacer las reparaciones constantemente. Desafortunadamente, no es fácil demostrar el ahorro que representa la inversión en estos proyectos porque no siempre se pueden comparar los resultados de la operación con estas deficiencias con los que se obtendría si se implementaran los proyectos. Una forma de convencer tanto a la gerencia como al personal de operación es implementar proyectos de bajo costo en áreas de poco riesgo, y comparar los resultados anteriores con los posteriores a la eliminación de las anomalías.

Por el gran impacto que tienen en la vida útil y en la confiabilidad de los equipos, estas simples prácticas deben formar parte del quehacer diario de los equipos de mantenimiento y producción de cualquier planta, y sin embargo, con demasiada frecuencia encontramos plantas en las que no se realizan muchas de estas prácticas, con el consecuente deterioro prematuro de los reductores de velocidad y los costos asociados lo paros de producción para reemplazar engranes y reductores de velocidad completos.

 

MANTENIMIENTO PREDICTIVO

A diferencia del mantenimiento preventivo, en que se cambian partes en base al tiempo en operación, el mantenimiento predictivo busca detectar y cambiar únicamente aquellos componentes en que se ha iniciado el proceso de deterioro. De esta manera se evita cambiar partes que pueden estar en buen estado, eliminando, al mismo tiempo, la posibilidad de un mal montaje, que es una de las causas comunes por las que fallan los componentes nuevos.

 Los sensores y la capacidad de cómputo disponibles hoy en día nos permiten implementar programas de monitoreo de condición. Siguiendo las tendencias en variables asociadas al estado en que se encuentran los componentes mecánicos, se pueden detectar las primeras señas de deterioro y estimar su vida útil remanente para programar su cambio antes de que se dé una falla catastrófica en un momento inoportuno. El monitoreo de condición puede realizarse en tiempo real o mediante mediciones periódicas, con análisis hecho internamente o por proveedores externos.

 Las variables que frecuentemente se incluyen en un programa de monitoreo de condición son:

 Lubricante [1]:

Niveles de aceite dentro del depósito

Temperatura en diferentes puntos de medición

Composición química del aceite y los aditivos

Viscosidad a temperatura ambiente y a temperatura de referencia

Contaminación por partículas, con análisis dimensional y de composición de las partículas

Contaminación por agua, aire y otras sustancias

Presión del aceite

Si hay enfriamiento por agua, presión, flujo y temperatura de entrada y salida del agua

 

Otras variables:

Vibraciones en puntos de referencia (caja, motor y sistema de lubricación)

Velocidad del motor

Par en el eje de entrada del reductor de velocidad

Temperatura en la caja y en diversos puntos internos del tren de transmisión

 

No es posible eliminar totalmente los paros inesperados, sin embargo, la correcta interpretación de los reportes de análisis de estas variables y la observación de las tendencias de los indicadores a través del tiempo, son una herramienta eficaz para evaluar el desgaste y posibles desprendimientos de material de las partes en movimiento. El primer paso que debe tomarse al observar el inicio de una tendencia ascendente en los indicadores de deterioro es tratar de eliminar las causas. Si la tendencia continúa o si los indicadores han llegado a niveles de alarma, es conveniente programar una inspección y posible reemplazo de componentes.

La curva inferior de la siguiente gráfica representa un índice que reúne los diferentes indicadores del estado de deterioro de un componente mecánico. Al inicio, el índice se muestra estable, le sigue un periodo ascendente, el índice regresa a su nivel original una vez que se han eliminado las causas (corrección) que provocaron el aumento, y finalmente, el índice rebasa el nivel de alerta. La curva superior representa una estimación de la probabilidad de falla en los próximos 60 días basada en este índice. Evidentemente, este componente mecánico debe cambiarse cuando el índice ha rebasado el nivel de alerta porque ha aumentado drásticamente la probabilidad de que falle en los próximos 60 días.

INTELIGENCIA ARTIFICIAL APLICADA AL MANTENIMIENTO

Los fabricantes de maquinaria están instalando sensores y ofreciendo servicio de monitoreo en línea para sus máquinas. La información recopilada en tiempo real permite seguir el comportamiento de los componentes de las máquinas a través de su vida útil. Esta información puede usarse como parte integral de sistemas de mantenimiento predictivo y de control de procesos. Los fabricantes también la pueden usar para detectar y fortalecer los puntos débiles de sus máquinas. Aprovechando la información disponible, la capacidad de las computadoras y el desarrollo de programas de cómputo, algunas empresas están desarrollando sistemas de inteligencia artificial que puedan hacer recomendaciones sobre ajustes en la producción y el mantenimiento para optimizar la productividad de la maquinaria, práctica que se ha llamado mantenimiento prescriptivo.

 

CONCLUSIÓN

La causa principal del deterioro en componentes mecánicos es la contaminación del lubricante. Para prevenirla, el personal de mantenimiento debe vigilar y corregir las deficiencias en la limpieza en la zona de las máquinas, y en la condición de filtros y válvulas de alivio. Aunque no siempre es evidente a primera vista, resulta rentable invertir en pequeños proyectos con duración de unas horas o unos días para corregir estas deficiencias. Si la gerencia o el personal de operación se muestran renuentes a implementar este tipo de proyectos, conviene comenzar con proyectos de bajo costo en áreas de poco riesgo para comparar los resultados anteriores y posteriores a la eliminación de estas anomalías.

Una segunda causa de fallas prematuras está relacionada a una instalación incorrecta. Los sistemas de monitoreo de condición permiten determinar el estado de desgaste que tienen los componentes de la maquinaria. De esta manera se pueden programar las reparaciones y los cambios cuando son necesarios, y no cuando ha transcurrido un tiempo determinado, evitando los riesgos asociados a destapar la maquinaria y a cambiar componentes que pueden estar en buen estado.

Estas dos prácticas permiten un incremento considerable en la vida útil y en la confiabilidad de los reductores de velocidad, representando ahorros importantes en componentes y sobre todo en el costo de los tiempos muertos requeridos para hacer reparaciones.

Finalmente, actualmente se está experimentando con la adopción de la inteligencia artificial al mantenimiento de maquinaria para hacer recomendaciones sobre ajustes a las prácticas de producción y mantenimiento para optimizar la productividad de las máquinas.  

  

Bibliografía:

 1.- https://componentesmecanicos.blogspot.com/2022/10/fundamentos-de-lubricacion-de-aceite.html

 2.- The Battle for Reliability, Joel Levitt, 2021, Springfield Resources

 3.- The Quest for Defect Elimination, Joel Levitt, 2020, Springfield Resources

 

 

               

 

 

AJUSTE DE RODAMIENTOS PARA GRANDES REDUCTORES DE VELOCIDAD

 

Por Eduardo Niño de Rivera

 

INTRODUCCIÓN

Al incidir en el juego interno que los rodamientos tendrán en condiciones de operación, los ajustes con sus ejes y alojamientos tienen un impacto directo en el funcionamiento suave, eficiente y duradero de los engranes.

 

TIPOS DE RODAMIENTOS

Los rodamientos se pueden clasificar en base a la dirección de la carga que soportan, en radiales (A), axiales (B) o de contacto angular (C), que soportan tanto cargas radiales como axiales.

Ilustración 1

También pueden clasificarse por la forma de los elementos rodantes: bolas (A), rodillos cilíndricos (B), rodillos cónicos (C) y rodillos esféricos (D).

Ilustración 2

 

 

La descripción completa de un rodamiento incluye las dos clasificaciones anteriores, por ejemplo, rodamiento axial de rodillos cónicos.

Ilustración 3

 

JUEGO INTERNO

El juego interno es el espacio que queda entre el camino de rodaje de un anillo y el ensamble del otro anillo con sus elementos rodantes (ilustración 4), y representa el movimiento relativo que puede darse entre ambos anillos, tanto en el sentido radial como en el axial.

 

 

Ilustración 4

 Los rodamientos de contacto radial generalmente se suministran ensamblados con el juego interno establecido en la fábrica. El juego interno de los rodamientos de contacto angular generalmente se establece durante el montaje para controlar el máximo movimiento relativo entre los componentes tanto en el sentido radial como en el axial. Los manuales de instalación y mantenimiento que los fabricantes entregan con sus equipos normalmente especifican el juego lateral (axial) para este tipo de rodamientos porque es el que se puede medir y controlar con mayor facilidad.

 

 

Ilustración 5

 

JUEGO INTERNO RADIAL.

El juego interno radial de rodamientos de bolas, rodillos cilíndricos y rodillos esféricos se establece al ensamblarlos en la fábrica. Es práctica común seguir la norma ISO 5753 con el código de clasificación, C:

 

Juego interno normal: C0

Juego interno menor al normal: C1 y C2

Juego interno superior al normal: C3, C4 y C5

 

EFECTOS DE LOS AJUSTES DE MONTAJE EN EL JUEGO RADIAL.

El anillo interior de un rodamiento crecerá si se monta con ajuste apretado sobre el eje. A la inversa, el anillo exterior se encogerá cuando el ajuste apretado sea en el alojamiento. En ambos casos, una vez montado, el rodamiento tendrá un juego interno menor al que tenía inicialmente. El juego interno también está sujeto a variaciones debidas a diferencias en la expansión térmica entre ejes y alojamientos. Entonces, el juego interno en condiciones de operación resulta de la combinación del juego interno original y los cambios provocadas por los ajustes en ejes y alojamoientos, y las diferencias en la expansión térmica de los componentes.

 Las tolerancias de manufactura en los diámetros interiores y exteriores normalmente se especifican siguiendo la norma ISO 286 que clasifica las tolerancias mediante un código de una letra y un número, las tolerancias para diámetros exteriores se designan con letras minúsculas y las de diámetros interiores, con letras mayúsculas. Por ejemplo, una especificación m6 para un eje de 100 mm, que queda entre 80 y 120 mm, significa una tolerancia que va de +13 a +35 mm, es decir, el diámetro del eje quedará entre 100.013 y 100.035 mm. De igual manera, una especificación H7 para un agujero de 180 mm representa una tolerancia de +0/+35 mm o diámetro de agujero de 180.000/180.035 mm (las mediciones deben hacerse con todos los componentes e instrumentos a 20°C)

 Los ajustes reales en ejes y alojamientos para un rodamiento determinado quedarán dentro del rango permitido por las tolerancias de los componentes respectivos. Supongamos, por ejemplo, que se especifican tolerancias m6 para el eje y H7 para el alojamiento de un rodamiento de doble hilera de rodillos esféricos 23220, con diámetro de agujero de 100 mm (tolerancia -20/+0 mm) y diámetro exterior de 180 mm (tolerancia -25/+0 mm).

 

El ajuste entre el anillo exterior y el alojamiento quedará dentro del rango:

Agujero máximo	180.035		Agujero mínimo	180.000
Diámetro ext. mín.	179.975		Diámetro ext max	180.000
Ajuste de	0.060	holgado	A	0.000	holgado

 

El ajuste entre el eje y el anillo interior quedará dentro del rango:

Agujero máximo	100.000		Agujero mínimo	99.980
Eje mínimo	100.013		Eje máximo	100.035
Ajuste de	-0.013	(apretado)	A	-0.055	(apretado)

 

 

 

Los ajustes holgados no tienen efecto alguno en el juego interno. Dependiendo del grosor del anillo, los ajustes apretados reducen el juego interno en un 50 a 80% del ajuste apretado cuando se montan en ejes sólidos o alojamientos gruesos. Los anillos de un rodamiento 23220 son de espesor medio por lo que podemos suponer una pérdida de juego interno equivalente al 60% del ajuste apretado, en este caso, de 7.8 a 33 mm. Si suponemos, además que se ha especificado un juego interno C3, de 100 a 135 micrómetros en estado libre, el juego interno después del montaje será de 67 a 127.2 micrómetros.

Ilustración 6

Juego interno en el estado libre (C3): 100 a 135

Ajuste apretado en el eje (m6): 13 a 55

Pérdida de juego interno (60% de ajuste apretado): 7.8 a 33

Juego interno después de la instalación: 67 (100-33) a 127.2 (135 -7.8)

Dimensiones en mm

 

ATENCIÓN: un ajuste holgado en anillos que giran respecto a la carga puede permitir que el anillo se deslice, girando sobre su eje o alojamiento y generando calor. En condiciones severas, el incremento correspondiente en la temperatura puede alcanzar niveles que destruyen los rodamientos.

 

JUEGO LATERAL

RODAMIENTOS DE UNA HILERA

El juego lateral para rodamientos de contacto angular de una hilera de bolas o de rodillos cónicos se establece al ensamblar el reductor de velocidad (ilustración 5):

 

1.       El eje completamente ensamblado, incluyendo los anillos exteriores se coloca en la mitad inferior de una caja bipartida;

2.       Se coloca la parte superior de la carcasa y se aprietan los tornillos

3.       Se fija uno de los platos laterales a la caja;

4.       Se fija el otro plato lateral (A en la ilustración 5) sin empaques o laminillas separadoras y se mide el hueco (C) entre la pared de la caja (B) y el plato (A); y,

5.       Se colocan suficientes laminillas separadoras para obtener el juego lateral deseado.

 Ilusración 7 (cortesía of Horsburgh and Scott Co.)

En este caso no es necesario considerar el impacto del ajuste apretado en los anillos interiores (o conos) en la reducción del juego interno porque el juego lateral se establece después de que los anillos han sido montados en su eje.

 

RODAMIENTOS DE DOBLE HILERA DE BOLAS O RODILLOS CÓNICOS

Ilustración 8

El espacio entre los anillos exteriores es la dimensión básica.

Se especifica el ancho del anillo separador para obtener el juego interno o precarga (con el ancho del separador menor al espacio original) deseados.

Los rodamientos de contacto angular pueden fabricarse en unidades de doble hilera con el juego interno establecido en la fábrica. Es más común, sin embargo, que se suministren juegos de rodamientos de contacto angular y de rodillos cónicos con juego lateral o la precarga controlados mediante el ancho de los anillos del rodamiento (Ilustración 10) o de los anillos separadores (ilustración 8).

 

PÉRDIDA DE JUEGO INTERNO DEBIDO A LA EXPANSIÓN TÉRMICA

El calor que se genera dentro de los rodamientos debido a la fricción de rodaje normalmente se disipa en el ambiente o es eliminado mediante alojamientos enfriados por agua. Por lo tanto, los ejes generalmente trabajan a temperaturas más elevadas que los alojamientos. Esta diferencia de temperaturas se refleja en una pérdida de juego interno en operación.

Igualmente, cuando la transmisión se encuentra a temperatura de operación, la caja está más fría que los ejes, lo que implica que los ejes habrán experimentado una mayor expansión longitudinal que la caja. Si los ejes están soportados por rodamientos que solamente pueden aceptar cargas axiales en un solo sentido, como los rodamientos axiales o rodamientos de contacto angular de una hilera de bolas o rodillos cónicos, los anillos exteriores quedarán fijos a sus alojamientos y habrá una pérdida en el juego lateral del sistema (Ilustración 5).

 

 

Ilustración 9.

Los ejes también pueden estar montados en rodamientos que pueden soportar cargas axiales en ambas direcciones, como los rodamientos axiales de doble acción o los rodamientos de doble hilera de bolas, rodillos cónicos o rodillos esféricos. Tratándose de engranes helicoidales soportados por este tipo de rodamientos, un rodamiento deberá quedar fijo al alojamiento para soportar las cargas axiales en ambas direcciones y el otro rodamiento debe tener posibilidad de desplazarse en el sentido axial para aceptar la diferencia de expansiones longitudinales entre los ejes y la caja (montaje flotante).

La forma de los dientes de los engranes de doble hélice obliga a los engranes a mantener la posición relativa entre sí, por lo tanto, solamente puede haber un rodamiento fijo para todo un tren de engranajes y los demás rodamientos deben poder desplazarse lateralmente para permitir que los engranes encuentren su posición natural.

NOTA: ocasionalmente, los ejes de engranajes que generan cargas axiales pequeñas pueden ser soportados por rodamientos radiales de una hilera de bolas o de rodillos esféricos que soportan cargas axiales limitadas. Estos rodamientos pueden montarse con un rodamiento fijo y el otro flotante, o, si la separación entre los rodamientos es pequeña, con ambos rodamientos fijos.

 

PRECARGA.

Ilustración 10

 En lugar de juego interno, los rodamientos pueden tener una interferencia entre las pistas y los elementos rodantes, llamada precarga (juego interno negativo). Esta condición puede crearse en el ensamble o puede ser el resultado de la diferencia en la expansión térmica entre un eje y el alojamiento respectivo. Los rodamientos de precisión se suministran como conjuntos con una precarga establecida en la fábrica. Estos juegos deben mantenerse como unidades ya que si se combinan componentes de diferentes conjuntos, queda una precarga diferente a la que se estableció en la fábrica, deteriorando el desempeño de los engranes y disminuyendo la vida útil de los rodamientos.

RELACIÓN ENTRE EL JUEGO INTERNO Y EL DESEMPEÑO DE LOS ENGRANAJES

A medida que se incrementa el juego interno, también se incrementa la posibilidad de movimiento interno entre los componentes de los rodamientos. Esta condición puede afectar adversamente la vida útil de los engranajes y puede presentar problemas para aplicaciones en que hay cargas oscilantes o vibraciones, especialmente a altas velocidades.

 

IMPACTO EN LA VIDA ÚTIL DE LOS RODAMIENTOS

 

Ilustración 11

Si el juego interno es amplio (I), un número muy limitado de elementos rodantes soporta toda la carga, provocando esfuerzos de contacto elevados en las pistas y los elementos rodantes. A medida que el juego interno disminuye (II – III) incrementa el número de elementos rodantes que soportan la carga, incrementando el área de contacto o zona de carga. Los esfuerzos de contacto disminuyen y se incrementa la vida útil del rodamiento. Esta tendencia se mantiene hasta llegar a un estado de precarga ligera (IV). A precargas mayores, los esfuerzos provocados por la misma precarga reducen drásticamente la vida útil del rodamiento (V). Desafortunadamente, es prácticamente imposible predecir con exactitud el juego interno de un rodamiento en operación y tratar de alcanzar esta precarga ideal con una zona de carga poco mayor a los 180° (IV) conlleva el riesgo de crear una zona de carga de 360° con la respectiva falla prematura (V). Por esta razón, con excepción de aplicaciones de alta precisión o velocidad, la práctica común es operar con poco juego interno y zona de carga entre 90° y 120° (III).

 

PRACTICAS DE MONTAJE

La mayoría de los fabricantes de reductores de velocidad entregan manuales de mantenimiento con procedimientos de montaje que deben seguirse minuciosamente para cada rodamiento. Los siguientes comentarios, sin embargo, son lineamientos generales que pueden hacer más fácil, productivo y seguro el manejo de rodamientos de gran tamaño.

 

INSPECCIÓN PREVIA:

·         Las tolerancias en diámetros de ejes y alojamientos deben estar dentro de especificación;

·         Las superficies de ejes y alojamientos deben cumplir con las tolerancias de redondez y rectitud. Las dimensiones deben verificarse en ángulos de 0°, 45°, 90° y 135°, y en cuatro lugares a lo largo de la superficie de asiento;

·         Los ejes y barrenos deben estar limpios y libres de mellas, bordes filosos, rebaba u óxido;

·         Los chaflanes y radios de las esquinas deben estar dentro de especificación;

·         Los resaltes de apoyo para los rodamientos deben estar perpendiculares al eje y deben tener la altura correcta; y,

·         Los rodamientos deben cumplir con las especificaciones de la aplicación (número de parte completo).

 

 

MONTAJE DE ANILLOS INTERIORES CON AJUSTE APRETADO:

·         Es necesario calentar los rodamientos grandes que serán montados con ajuste apretado, ya sea en baño de aceite, horno de inducción, a flama o en un horno:

o   El horno de inducción es más práctico, limpio y seguro que los otros sistemas;

o   Deben seguirse los protocolos de cuidado ambiental y de seguridad de la planta;

o   La temperatura en ningún punto del rodamiento no debe sobrepasar los 110°C; y,

o   La temperatura debe ser pareja en todo el interior del rodamiento, lo que puede requerir de varias horas de calentamiento para rodamientos grandes;

·         Se requiere equipo de protección y herramientas adecuadas para manejar piezas grandes a alta temperatura;

·         El montaje debe hacerse con movimiento rápido, pero con cuidado. El montaje es sencillo si se hace adecuadamente, pero puede ser muy complicado desmontar un rodamiento que se ha pegado en posición sesgada o fuera de lugar; y,

·         Mantener presión sobre el rodamiento en contra de las superficies de respaldo hasta que se haya enfriado, esto evita que se salga de la posición correcta mientras está cliente;

 

CONCLUSIÓN.

Los rodamientos son componentes de alta precisión que deben manejarse adecuadamente y deben ser montados en ejes y alojamientos que cumplan con las especificaciones de diseño. El juego interno es una especificación importante porque tiene un impacto directo en la operación suave y en la vida útil de los engranes y rodamientos. Los rodamientos pueden suministrarse ensamblados con un juego interno establecido por el fabricante o pueden requerir que el juego interno se establezca durante el ensamble del reductor de velocidad.  El juego interno en operación es el resultado de la reducción del juego interno en estado libre debido a los ajustes apretados entre rodamientos y sus ejes o alojamientos, y a las diferencias en la expansión térmica entre ejes y alojamientos. La máxima vida útil y suavidad de movimiento en rodamientos se alcanza cuando trabajan con una precarga ligera, sin embargo, tratar de alcanzar esta condición conlleva el riesgo de quedar con una precarga exagerada, que reduce drásticamente la vida útil de los rodamientos. Por lo tanto, la práctica más conservadora y más ampliamente usada es procurar que los rodamientos trabajen con juego interno que resulte en una zona de carga entre 90° y 120°. Lograr este propósito requiere cumplir con las especificaciones para todos los componentes y seguir procedimientos adecuados de preparación, inspección y montaje de todos los componentes mecánicos del reductor de velocidad.

 

REFERENCIAS:

Arvid Palmgren, Ball and Roller Bearing Engineering, SKF Industries.

Timken Company Engineering Manual