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FERROCARRIL CENTRAL FERROCARRIL CENTRAL ANDINOANDINO

ROEDA S.A. FAG

Ing. Elvys Mercado Curi

CharlaCharla de de LubricaciLubricacióónnEs la resistencia que presenta la superficie rugosa de un cuerpo sólido a moverse sobre la de otro ya sea sólido ólíquido. Cuando las rugosidades de los mecanismos interactúan sus propiedades elásticas se modifican volviéndose rígidas, propiciando su fractura y por lo tanto hay desgaste de los mecanismos.

FRICCIÓN

Lubricante

Algunos tipos de fricciones

Si dos cuerpos son colocados en contacto y hay movimiento o tendencia al movimiento, aparecen fuerzas que se oponen al movimiento o a la tendencia.

Cuando la fuerza de reacción al empuje de un cuerpo es lo suficiente para impedir el movimiento relativo, la fricción es estática y cuando el movimiento se inicia la fricción es cinética.

F

W

N

Fa

r β

F fricción cinético

F fricción máximoFuerza de fricción

F de fricción estático

Tiempo

Fricción de deslizamiento

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El objetivo inmediato del lubricante es reducir la fricción, podemos considerar que la finalidad mayor es reducir el desgaste.

En toda superficie en movimiento que tenga contacto las asperezas habrá desgaste, es decir desprendimiento y perdida de material, usando una lubricación adecuada se evita o minimiza el desgaste.

DESGASTE

Según la Organización para la Cooperación Económica y Desarrollo de la ONU, desgaste puede ser definido como “daño progresivo que produce a la perdida de material, perdida el cual ocurre en la superficie de un componente como resultado de un movimiento relativo a un componente adyacente”.

Definición de desgaste

•Desgaste abrasivo

•Desgaste por desalojamiento

• Desgaste por corrosión

•Desgaste por indentación

•Desgaste por Freetting (frotamiento)

•Desgaste por erosion

•Desgaste por fragmentación

•Desgaste por escamación

Tipos de Desgastees proveniente de partículas o polvo a pesar de estar en un medio lubricado el efecto es por partículas externas que se introducen entre las superficies deslizantes

Desgaste abrasivo

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Desgaste adhesivo o por desalojamientoconsiste en el retiro del metal para alojarlo en otro

Desgaste adesivo•Alta presión local

•Asperezas en contacto

•Deformación plástica

•Adesiòn

•Micro soldaduras localizadas

•Transferencia de material

•Aumento de fricción

proviene de contaminantes ácidos,

Desgaste por corrosión Desgaste corrosivo

Formación de productos de reacción química como resultado de las interacciones químicas entre los elementos del sistema tribológicoiniciado por una acción tribológica

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causado por la fatiga superficial al someter un metal a repetidos esfuerzos mayores que su capacidad limite local. etc

Desgaste por fatiga superficial

Formación de trincas y grietas en el material causadas por ciclos de carga en la superficie del material

Fatiga de superfície

Desgaste por Fretting (frotamiento) se caracteriza por fricción con pulimiento proveniente del deslizamiento con vibración.

Desgaste por erosión que es la indentación con choques causados por la repetición de choques con sobrecargas,

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Desgaste por fragmentación producida por instalaciones defectuosas,

Desgaste porindentación es consecuencia de la penetración de un metal duro en uno de menor dureza generando el arranque de material.

y

V0

h

0A

B V0 hV0

τ

τh

y

x

Los lubricantes son usados para disminuir la fuerza de fricción entre las superficies deslizantes. Un lubricante tiene la función de introducir a las superficies en deslizamiento un material que probé una capa de menor esfuerzo cortante (o de cisallamiento) que las que tendrían ambas superficies. En algunos sistemas lubricados, el lubricante no consigue evitar el contacto entre las asperezas de las superficies.

LUBRICANTES

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Minerales

Sintéticos

*Parafínicos*Nafténicos

Grasas

Aceites

Grasos

Compuestos

AditivosAceite

Lubricantecomercial

Aceite Básico

GrasosMinerales

C. BetuminosasLubrificante sólido

CálcioSódioAlumíniolítio

Complejo de Cálcio y plomo

GrafitadosSin jabón

•Grafito•Bisulfato de molibdénio•PTFE•Películas Secas•Penetracíon iónica•Metales

TIPOS DE LUBRICANTES

Aplicaciones en la industriaLos aceites lubricantes classificados por sus aplicaciones

Automotrices Motor

Transmisión de engranages

Sistemas hidráulicos

Turbina

Compresores

Cojinetes

Rodamiento

PlanoRadial

EsféricoCilíndricoCónico

Los lubricantes pueden clasificarse en:

Aceites minerales: La mayoría de los aceite lubricantes son derivados del petróleo,

En la producción de lubricantes el petróleo es sometido inicialmente as destilaciones primarias que remueve las fracciones de hidrocarburos más leves, continuando con destilaciones al vació, separando por fracciones al producto.

En esta separación se obtiene dos grupos principales los parafínicos (son los alcanos tales como los metano, etano, propano, butano, isobutano – CnH2n+2) y los nafténicos (cicloparafinicos tales como ciclopropano, ciclo butano, metil-ciclopropano - CnH2n).

LUBRICANTES

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Una profundidad de la penetración (d/R) pequeña no daña la superficie.

Una profundidad de la penetración (d/R) grande causa gran daño a la superficie.

Carga de contacto Normal (P)Estática y sin fricción Presión Herziana

Carga de contacto Normal (P)Móvil y con fricción. Presión Herziana

Ejemplo de desgaste

C C

C

C C

C C

C C

C

C

Ciclopropano Ciclobutano Metil-ciclopropano

C C C

Metano Etano

C C C

propano

C CC C

Butano

Parafínicos

Nafténicos

Comportamiento de un aceite básico con respecto a la temperatura b) Índice de Viscosidad (I.V.)

Es un valor que representa la variación de la viscosidad de un lubricante con la temperatura. Este valor será tanto MAYOR cuanto MENOR sea dicha variación.

Para determinar este índice se compara la viscosidad del aceite en estudio con la de otros dos aceites tomados como referencia. Estos aceites se denominan:

Aceite H: Es un aceite parafínico standard, presenta. escasa variación de viscosidad con la temperatura. Su indice de viscosidad se fija en 100.

Aceite L: Es un aceite naftalénico standard, presenta gran variación de viscosidad con la temperatura. Su índice de viscosidad se fija en 0.

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Para determinar el índice VI de un aceite se sigue el procedimiento de la figura. Se toman aceites con VI=0 y VI=100 que tengan la misma viscosidad a 100ºC que el aceite problema.

100 T (ºC)

VI=100

VI=0

L

y

H

L-y

L-HVI(%)= 100

Diferencia entre Grado e Índice de Viscosidad

La viscosidad de un lubricante es la resistencia entre capas adyacentes de fluido a fluir ante un esfuerzo de corte, la cual viene dada por la fórmula de Newton ζ = = μ.(dv/dh).

El grado de viscosidad (μ) de un lubricante se determinaráensayando mediante un viscosimetro ya sea Saybolt, Engler o Redwood.

El índice de viscosidad es una relación entre dos ensayos de viscosimetro a 100°F y 210°F que se que se calcula mediante el gráfico de Dean y Davis (Cuanto mayor sea el I.V. de un aceite, mas estable será ante las variaciones de temperatura).

AromáticoNafténicoMixtoParafínico

Menor que 1010 a 5050 a 80Mayor a 80

Tipo de productoÍndice

Una posible división de los aceites considerando el índice de viscosidad es:

la preparación de lubricantes puede ser entre varios tipos y/o agregando aditivos especiales que adicionan otras propiedades físicas o químicas a los aceites lubricantes.

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Aceite Multigrado

Un aceite multigrado tiene propiedades de alta fluidez a baja temperatura. Asítambién otorga protección a altas temperaturas, como las desarrolladas en aros de fuego, cojinetes de biela y bancada, y válvulas de admisión.Veamos el gráfico, viscosidad vs. temperatura de un aceite SAE 40 y uno SAE 15W-40

A 290° C, temp. del aro de fuego, un aceite multigrado es de un 30% más alta, lo cual disminuye el consumo de aceite; y forma una película más resistente, que un SAE 40.

A 150° C, temp. de cojinetes de biela y bancada, la viscosidad de un aceite multigrado es 20% más alta, y forma una película que un SAE 40.

COMPARACIONES DE VISCOSIDAD

cSt

@

400

C

cSt

@

1000

C

850

775

700

625

550

500

450

400

365

315

280

240

205

175

140

115

85

60

40

20

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ISO VG

680

460

320

220

150

100

6846322210

8

7

6

5

4

321

250

140

90

85W

80W

75W

50

40

30

2010W5W

42

40

38

36

34

32

30

28

26

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

1000

AGMALubricant No

SAE GearViscosity No

SAE EngineViscosity

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Sociedad de Ingenieros Automotrices Define la necesidad

Instituto Americano del Petróleo Desarrolla lenguaje para el consumidor

Sociedad Americana de Pruebas y MaterialesDefine métodos de prueba

API

SAE

ASTM

Triángulo de la calidadGrasas lubricantes

Las grasa lubricantes son productos de sólido a semifluido proveniente de la dispersión de un agente espesante en un liquido lubricante. (ASTM).

Grasa = Espesante + lubricante liquido + aditivo

Las grasas son empleadas donde los aceite no pueden ser aplicados por escurrimiento de estos. Su consumo esta entre 5 a 10 % como lubricante.

Mayormente sus espesantes son jabones y pueden ser jabón de calcio, sodio o litio. Los aceites comúnmente usados tiene viscosidades mayores de 100 U. saybolt a 100 ° F.

En rodamientos:

-Buena retención.

- Lubrica en la partida.

-Mínimo rebalse

-Permite ser sellado.

-Elimina la contaminación

-Permite operar en varias posiciones

-Bajo consumo.

- Requiere aplicaciones menos frecuentes

Ventajas en el uso de las grasas

En cojinetes:

-Buena retención.

-Resiste al choque.

-Lubrica en las partidas y en las paradas.

En engranajes:

-Buena retención principalmente en eng, abierto

- Resiste a la acción de la fuerza centrifuga que tiende a removerlo

-Resiste a la presión del agua

Engrase de Rodamiento

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260 a másGrasa especiales de arcilla, sílice y grafito, Bisulfato de molibdeno

180 a 300Grasa de calcio-plomo180 a 250Grasa de lítio180 a 260Grasa de bario70 a 110Grasa de alumínio120 a 200Grasa de sodio70 a 120Grasa de calcio

Punto de gota (°C)Tipo de jabón

Punto de gota: indica la temperatura en que el producto se derrite (fluye) y es capaz de gotear a través de un agujero padrón dentro de las condiciones exigidas por la ASTM.

Régimen de Lubricación

Lubricación Hidrodinámica: Las superficies son separadas por una película de lubricante mayor que la altura de la aspereza de las superficies en deslizamiento.

En un régimen de lubricación hidrodinámico no existe ningún contacto entre las asperezas

lubricación hidrodinámico o lubricación total

Régimen de Lubricación

Lubricación Elasto hidrodinámica: Describe el caso donde la presión local en la aspereza es alta y la altura de la película lubricante es pequeña. Las asperezas tienen notables deformaciones elásticas en la superficie. A pesar de ser pequeña la altura de la película no hay contacta entre las asperezas.En el régimen de lubricación Elastohidrodinámico no existe contacto entre la aspereza

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Lubricación parcial: Debido a un espesor insuficiente de la película lubricante aparecen contactos metálicos en algunas zonas. Se origina el rozamiento mixto.

Lubricación límite: Durante la lubricación parcial aparecen presiones y temperaturas muy elevadas en los puntos de contacto metálico. Si el lubricante contiene aditivos apropiados, se originan reacciones entre los aditivos y las superficies metálicas. Así se forman productos de reacción con capacidad lubricante que originan la formación de una capa límite.

Régimen de Lubricación

Lubricación parcial; Tanto la película de aceite portante comola capa límite tienen importancia

Lubricación Limite; El comportamiento depende en primera línea de las cualidades de la capa límite

Partículas generan daños en los caminosde rodadura del rodamiento y los elementos rodantes.

Lubricante insuficiente o contaminado

A eje en reposo B al iniciar el movimiento

C formando un filme completo

D el eje se desplazópara la derecha

Lubricación de un Cojinete

Figura A entre el eje y el cojinete debe existir una diferencia de diámetro,

Figura B. El eje sube por la pared del cojinete y con ese movimiento comprime el lubricante entre las dos superficies.

Figura C se observa que, la presión del aceite soportar el peso del eje y su eventual carga, formando un filme completo de aceite en tormo del eje e impidiendo su contacto con el cojinete.

Figura D, El eje se desplazó para la derecha en función del aumento de rotación.

E Curva de presiones que se forma en el cojinete de deslizamiento por el efecto de la cuña hidráulica

Los cojinetes de deslizamiento son elementos de máquinas sujetos a las fuerzas de rozamiento. Al girar el eje el aceite es impulsado a la parte inferior del cojinete generándose fuerzas que se oponen al contacto de las superficies incorporan aceite con presión local que surgen gracias a la rotación de los ejes, (efecto ski o de cuña) fundamentada por la ecuación de Reynold.

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La curva de Stribeck ZN / P permite relacionar el rozamiento en el eje y en el cojinete con la rotación, viscosidad y la presión ejercida por el cojinete sobre el fluido lubricante.

Curva de Stribeck

o curva de ηN / P permite relacionar el rozamiento en el eje y e el cojinete con la rotación, viscosidad y la presión ejercida por el cojinete sobre el fluido lubricante.

Régimen de Lubricación

Algunos criterios sobre la curva de Stribeck

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Transmisión de movimientos

árbol. Elemento dinámico

Soporte de cojinete

Base

Motor eléctrico

Rodamientos

árboldevanado

Acoplamiento

Cojinete

Elemento complementario al eje

Soporte de cojinete

N=1800 RPMT=20°CT=20°C

Caja de cambioHusillo

Polea múltiple

Motor eléctrico

Engranajes

rodamientos

rodajes2 ptos

INTRODUCCIÓN

En las máquinas y mecanismos se utilizan con gran frecuencia órganos de transmisión del movimiento, y muy especialmente del movimiento de giro, entre los que se pueden destacar: árboles y ejes.

1. árbol. Elemento dinámico de sección circular que transmite (transmitido por) un par motor mediante los órganos mecánicos que lleva montados solidariamente y el que gira apoyado en unos soportes.2. eje. Elemento estático de sección circular que sirve de apoyo a uno o más órganos móviles que giran sobre él.

Los árboles giran apoyados sobre unos soportes dispuestos en sus extremos. Estos soportes deben estar suficientemente dimensionados para poder resistir los esfuerzos que les son transmitidos por aquellos.

El árbol no gira directamente sobre el soporte, sino que entre ambos se sitúa un elemento intermedio denominado cojinete. En este cojinete, el rozamiento que se produce como consecuencia del giro del árbol, no debe sobrepasar los límites admisibles y cuya reducción se da gracias a lubricación adecuada.

Cojinete de deslizamiento

Cojinete de rodamiento

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RODAMIENTOS RODAMIENTOS Elemento de mElemento de mááquina que permiten el giro de una pieza en torno a otra quina que permiten el giro de una pieza en torno a otra pieza con el menor roce posible.pieza con el menor roce posible.

Lubricación de Rodamiento por aceite

Dm=(d+D)/2

Viscosidad cSt a la temperatura de funcionamiento

υ en mm2/s

Engrase de Rodamiento Cantidad de grasa en los rodamientos

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Selección de la cantidad de grasa para colocar en el rodamiento en función de una curva deAgujero del rodamiento yGramos de grasa

Gr de grasa

Agujero del rodamiento

n Velocidad de giro

ng Velocidamáxima indicado en catalogo

Selección de la cantidad de grasa

Observación:

1. Es necesario tener mecanismo para expulsar la grasa vieja o como se retira el exceso de grasa generado por el calor o exceso al aplicarlo. En los sistemas de rodamiento de los motores son comunes los siguientes mecanismos:

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2. Hay dos adaptadores o tapones recomendados para evitar el sobreengrase de estos rodamientos.

El primero es una alemita que no deja entrar la grasa si hay más de 20 psien el rodamiento

El segundo es el tapón de purga que automáticamente abre entre 1 y 5 psipara permitir la expulsión del exceso al engrasar o calentar.

Estadística de fallas en rodamientos

Efecto del agua en los rodamientos de la turbina

El agua es el segundo contaminante más destructivo en el aceite lubricante y debe mantenerse al mínimo. La contaminación con agua no sólo desplaza la película de aceite (en casos de contaminación extrema), sino que también provoca microfisuras subsuperficiales debido a "radicales libres" de hidrógeno que se desprenden de las moléculas de agua a medida que pasan entre los rodillos y las pistas. Estas microfisuras progresan con el tiempo hasta el picado y el descascarado. El gráfico ilustra cómo la vida del rodamiento se ve reducida drásticamente con sólo una pequeña cantidad de agua:

Mantenimiento predictivo basado en el tiempo aplicado a rodamientos

Cortesía de

SKF

Diámetro interno del rodamiento

Rotación delárbol en rpm

Horas de trabajo previsto