FUNDAMENOS DE LUBRICACIÓN DE ACEITE PARA ENGRANES Y
RODAMIENTOS I
FUNCIONES BÁSICAS Y PRACTICAS DE MANTENIMIENTO
Por: Eduardo
Niño de Rivera
Edición:
John Amendola Sr.
Artec-Machine
Systems.
INTRUDUCCIÓN:
El origen de muchas fallas de engranes y rodamientos está ligado a una
lubricación inadecuada. El aceite lubricante reduce la fricción y el desgaste
entre superficies en deslizamiento o rodaje, conduce el calor fuera de las
zonas en que se genera y protege a las superficies metálicas contra la
corrosión. Para cumplir con estas funciones, el lubricante debe tener
viscosidad acorde a las condiciones de operación, debe estar limpio, debe fluir
en volumen y trayectoria adecuadas, y debe tener propiedades anticorrosivas apropiadas
para el medio ambiente en que se desempeña. Este articulo trata sobre las funciones
del aceite lubricante y como darle el mantenimiento que requiere para cumplir
con ellas.
FUNCIONES DEL ACEITE LUBRICANTE:
El aceite lubricante debe cumplir con tres funciones básicas:
·
Reducir
la fricción entre superficies en deslizamiento o rodaje;
·
Conducir
el calor fuera de las superficies en deslizamiento o rodaje; y,
·
Proteger
las superficies metálicas contra la abrasión y la corrosión.
REDUCCIÓN DE FRICCIÓN
El aceite lubricante reduce la fricción formando una película suficientemente
gruesa para evitar el contacto directo entre las superficies en deslizamiento.
Para que esto suceda, debe darse la combinación correcta de carga, velocidad de
deslizamiento y viscosidad del aceite. Si el lubricante no forma una película suficientemente
gruesa, habrá contacto directo entre las superficies, con desprendimiento de
partículas metálicas que pueden formar micro picaduras y/o rayones. Aunque
estas partículas finalmente caen al fondo del depósito de aceite o son
atrapadas por los filtros o trampas magnéticas, permanecen en suspensión en el
aceite durante algún tiempo, contribuyendo al desgaste abrasivo o produciendo
huellas de incrustación en las superficies sometidas a carga.
Los tres regímenes de lubricación, representados por las superficies en deslizamiento (áreas grises) y el lubricante (amarillo), frecuentemente se definen por el Grosor Específico de Película,
λ = grosor de la película / rugosidad combinad de las superficies
RÉGIMEN I: LUBRICACIÓN MARGINAL (l < 1.2)
La película de lubricante es inexistente o muy delgada (para engranes es
típicamente del orden de 1 a 3 mm), permitiendo el contacto significativo entre las superficies en
deslizamiento. El coeficiente de fricción es elevado y se genera calor
rápidamente, elevando la temperatura en las superficies en deslizamiento. El
contacto se da en los picos de la rugosidad de las superficies, creando una
presión tan grande que se forman soldaduras instantáneas en los puntos de contacto.
Al desplazarse las superficies, se rompen los puntos de soldadura provocando
micro picaduras y/o rayones. Debido a que, si no hay aceite inyectado a
presión, no se forma una película de lubricante entre superficies que no tienen
movimiento relativo entre sí, esta condición prevalece al iniciar el
movimiento.
RÉGIMEN II: LUBRICACIÓN DE PELÍCULA
MIXTA (1.2 < l < 3).
También denominada lubricación dinámica. La película de aceite
típicamente tiene un espesor del orden de 10 mm para engranes, suficiente para
solamente permitir contacto ocasional entre los picos más altos de la
rugosidad, las superficies se deforman elásticamente, la película de aceite es
densa, la viscosidad se incrementa drásticamente, el coeficiente de fricción
baja rápidamente, reduciendo a velocidad a la que se genera calor. Hay poco
desgaste en este régimen, especialmente después de un periodo de asentamiento.
RÉGIMENIII: LUBRICACIÓN ELASTO-HIDRODINÁMICA, o LEH (l>3):
La película de aceite separa completamente las superficies en
deslizamiento impidiendo el desgaste y amortiguando las vibraciones. La carga
por unidad de área es relativamente baja, el grosor de la película y la
fricción aumentan a medida que se incrementan la velocidad de deslizamiento y
la viscosidad del aceite.
Las superficies de contacto de los engranes se consideran como no-conformantes porque sus curvaturas son opuestas entre sí. El grosor de la película es inferior a 25 mm. Para rodamientos y cojinetes con superficies conformantes, el grosor es a menudo superior a 25 mm (la norma AGMA 6011-J14 especifica grosor mínimo de 20 mm para cojinetes cilíndricos radiales y cojinetes axiales de superficies cónicas; y de 15 mm para cojinetes axiales de elementos basculantes)
ELIMINACIÓN DEL CALOR
La menor fricción entre superficies en rodaje o deslizamiento
debidamente lubricadas contribuye a mantener la temperatura a niveles
aceptables durante la operación. Al fluir, el aceite también conduce el calor
fuera de las superficies en que se genera. Para mantener la temperatura del
sistema y sus componentes en niveles aceptables, el aceite debe fluir en suficiente
volumen para retirar el calor a la misma velocidad a la que se genera y debe
circular en una trayectoria que evite que el calor se transfiera a lugares no
deseados del sistema de engranajes. Además, el calor absorbido por el aceite
lubricante tendrá que disiparse a la atmósfera a través de las paredes de la
caja y/o eliminarse mediante sistemas de enfriamiento aire-aceite o
agua-aceite,
En resumen, para mantener la temperatura del sistema y de sus
componentes a niveles aceptables se requiere:
·
Una
película de aceite suficientemente gruesa para reducir la fricción
·
Suficiente
flujo de aceite para retirar el calor de las superficies en que se genera
·
Una
trayectoria del flujo de aceite que evite transferencia de calor a lugares no
deseados
·
Eliminar
el calor del sistema a la velocidad en que se genera
DESGASTE ABRASIVO
El desgaste abrasivo de tres cuerpos es la separación de material de
superficies en deslizamiento, causada por el roce con partículas duras
atrapadas entre ellas. El desgaste mecánico está ligado a la lubricación, y el
80% de este desgaste se debe a contaminación por partículas, que pueden ser
residuos del desgaste o desprendimientos de engranes o rodamientos, tierra o
arena que ha penetrado en la caja a través de las válvulas de ventilación,
retenes, sellos o tapas de inspección, u oxido desprendido de superficies
corroídas. Aunque la mayoría de estas partículas finalmente se hundirán al fondo
del depósito de aceite o serán atrapadas por los filtros y trampas magnéticas,
permanecerán en suspensión en el aceite por algún tiempo, causando desgaste
abrasivo en las superficies en deslizamiento o rodaje. El grosor de la película
de aceite en los regímenes de película mixta y lubricación elasto-hidrodinámica
está en el rango de 10 mm a 25 mm para engranes. Las partículas
menores a la separación mínima entre los picos de rugosidad (C) no causarán
desgaste en las superficies, pero partículas mayores provocarán desgaste
abrasivo (B) y las partículas más grandes que queden atrapadas entre las
superficies, dejarán huellas de incrustación o adherencias (A).
PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN
La composición química del aceite debe tener propiedades anticorrosivas.
Si la composición química se deteriora por tiempo en servicio, contaminación, o
por estar sometido a altas temperaturas o a condiciones atmosféricas adversas, el
aceite pierde su capacidad de proteger las superficies metálicas contra la
corrosión y puede llegar a dañar las superficies que debería proteger. Es, por
lo tanto, importante verificar periódicamente la composición química del aceite
para asegurar que esté cumpliendo con su función.
MANTENIENDO EL ACEITE LUBRICANTE EN BUENA CONDICIÓN
El aceite lubricante debe estar en buena condición para reducir la
fricción, eliminar el calor y proteger las superficies contra en desgaste
abrasivo y la corrosión. Una práctica común para asegurar que el aceite dentro
de la caja de engranes esté en buena condición es cambiarlo periódicamente
después de determinado tiempo u horas en servicio, lo que ocurra primero. Esta
práctica corre el riesgo de cambiar el aceite demasiado pronto, mientras
todavía está en buena condición, o demasiado tarde, cuando ha dejado de formar
una película limpia y suficientemente gruesa. En el primer caso se estará
desperdiciando aceite que está en buena condición, que además se tiene que
desechar a un costo adicional, también se genera un costo elevado por detener
la producción por para cambiar el aceite; y el segundo caso tiene un impacto
negativo en la vida útil de engranes y rodamientos, y puede llevar a los
costosos paros no programados por fallas inesperadas.
·
Escuchar
el sonido del reductor de velocidad
·
Verificar
niveles de aceite
·
Verificar
la temperatura de la caja
·
Tomar
lecturas de los sensores de temperatura y presión
·
Observar
si hay señas de calentamiento
·
Observar
si ha fugas de aceite
·
Oler
para detectar aceite ácido, rancio o quemado
El siguiente nivel de inspección consiste en análisis de aceite
realizados periódicamente por un laboratorio certificado. Además de mostrar la
condición en que se encuentran el aceite y los componentes mecánicos al momento
de tomar las muestras, los resultados pueden compararse a través del tiempo
para observar la evolución del desgaste en engranes, y rodamientos.
CONCLUSIÓN.
Muchas fallas de engranes y rodamientos tienen su origen en una
lubricación inadecuada. Verificar periódicamente la condición del aceite es una
manera práctica de mantenerlo en buena condición sin desperdiciar aceite que
esté en buen estado y sin detener la producción en forma innecesaria. El
análisis correspondiente presenta un diagnóstico de la condición del reductor
de velocidad y sus componentes, permite seguir la evolución del desgaste en el
tiempo, y ofrece criterios objetivos para tomar medidas correctivas antes de
que el deterioro llegue a un nivel irreversible. En resumen, un buen programa
de monitoreo de condición del aceite puede ahorrar miles de dólares:
·
Evitando
el reemplazo prematuro de aceite, engranes y rodamientos,
·
Prolongando
el tiempo entre paros programados para cambiar el aceite, y
·
Evitando
paros por fallas imprevistas.
TEMAS DE PRÓXIMOS ARTÍCULOS
Los próximos artículos de esta serie tratarán sobre las propiedades del
lubricante; muestreo, análisis y diagnóstico de aceite; y, la interpretación de
tendencias en las variables reportadas en los análisis de aceite.
AGRADECIMIENTO:
Este artículo está basado principalmente en la segunda parte, “Lubrication”
del seminario “Gearbox Field Inspections” AGMA Gear Expo – 30 JUNIO 2016
presentado por Artec-machine Systems.
REFERENCIAS
1.- https://www.machinerylubrication.com/Read/30741/lubrication-regimes
2.- https://www.motioncontroltips.com/gearbox-lubrication-best-methods/
3.- https://www.machinerylubrication.com/Read/28765/how-to-inspect-a-gearbox-
