La influencia de la lubricación en los elementos de desgaste de maquinaria industrial

La influencia de la lubricación en los elementos de desgaste de maquinaria industrial

 

A nivel industrial, la lubricación es uno de los temas más importantes para asegurar la fiabilidad y disponibilidad de los diferentes equipos presentes, como por ejemplo elementos con transmisiones mecánicas, motores, bombas, compresores… Todos estos sistemas requieren lubricación y son susceptibles de fallo tribológico dado por los elementos de desgaste de maquinaria.

La influencia de la lubricación en los elementos de desgaste de maquinaria

 Ejemplos de conjuntos de engrane

 

Para entender las bases del artículo, es importante hacer mención a las bases de la lubricación y la teoría de lubricación dinámica de Reynolds que se basa en que las superficies sólidas son perfectamente rígidas y que la viscosidad del aceite permanece constante, aunque varíe la presión. El aceite, por el efecto de su viscosidad y por razón de la velocidad, genera una presión que separa las superficies deslizantes, formando la llamada “cuña hidrodinámica” de un espesor de entre 1 o 2 micras para conseguir separar completamente ambas partes. Este comportamiento está definido en la curva de Stribeck.

La vida útil de los elementos mecánicos está, en gran parte, determinada por la calidad y eficiencia del sistema de lubricación. Ya que, sin un buen comportamiento en cuanto a fricción, desgaste y lubricación, la máquina está abocada, tarde o temprano, al fallo.

 

Modos de fallo por desgaste

 

Dentro de los que se conoce como deterioro superficial, se describen a continuación varios modos de desgaste asociados a las condiciones tribológicas, responsables de cerca del 60% de los fallos que se producen en máquinas críticas.

 

La influencia de la lubricación en los elementos de desgaste de maquinaria

Modos de desgaste y nomenclaturas industriales
Gear Systems - A Tribological Review by Bruck Bogale, Metallurgical Engineer, Analyst, National Tribology Services

 

Desgaste por fatiga

 

Los procesos de desgaste por fatiga por contacto se producen debido a la sucesión de cargas repetidas que pueden causar fallos superficiales y desprendimiento de fragmentos de metal. Éstas producen microgrietas en la superficie que se propagan y acaban desprendiendo trozos microscópicos de metal. Los tipos más comunes de fatiga superficial son el micropitting y el pitting o macropitting (visible por el ojo humano).

El micropitting consiste en el desprendimiento de partículas en el área de contacto. El tamaño de las mismas suele ser de entre 10 y 20mm. Normalmente ocurre en superficies recubiertas de metal duro mediante diferentes tratamientos superficiales y en la que, a simple vista, no se puede apreciar.

El Pitting o Macropitting ocurre cuando la grieta producida por fatiga se inicia en la superficie o debajo de ella ya que, al crecer la superficie se forma un pequeño hueco de bordes afilados. Basado en el tipo de daño, el macropitting se puede clasificar en no progresivo, progresivo, spall o flake.

El tipo no progresivo consiste en huecos de tamaño menor a 1mm de diámetro en áreas localizadas. El macropitting progresivo consiste en huecos más grandes a 1mm de diámetro que cubren una parte importante de la superficie de contacto del diente. Cuando diferentes huecos se juntan formando cráteres se denomina spalling. El flake macropitting consiste en pequeñas superficies superficiales que se desprenden y forman huecos de poca profundidad triangulares en una gran área del diente.

 

La influencia de la lubricación en los elementos de desgaste de maquinaria

 Ejemplos de micropitting y pitting

 

Desgaste adhesivo

 

El desgaste de la superficie del diente del engranaje implica un desplazamiento o eliminación de material debido a acciones mecánicas, químicas o eléctricas. En el caso del desgaste adhesivo, se produce una transferencia de material de un diente a otro debido a soldadura y desgarro. Típicamente, la adhesión ocurre en las superficies de contacto, donde se desgastan las imperfecciones de la superficie. Dependiendo del tipo de desgaste, se consideran algunos subtipos como scuffing, frosting o seizing.

 

La influencia de la lubricación en los elementos de desgaste de maquinaria

Ejemplo de engrane con desgaste por adhesión

 

Las principales causas por las que aparece el scuffing son, la combinación de una alta velocidad de fricción con una intensa presión entre superficies que generan calor. La teoría de temperatura crítica de Blok es uno de los mejores criterios de predicción de scuffing. El scuffing ocurrirá en los dientes de engranajes bajo ciertas condiciones de lubricante cuando la temperatura máxima de contacto alcance una magnitud crítica.

 

La cantidad de desgaste considerada tolerable depende de la vida esperada para el engranaje y requerimientos de control de ruido y vibraciones. El desgaste es considerado excesivo cuando ocurren cargas dinámicas o cuando la superficie de contacto se modifica tanto que posibilita otros modos de fallo.

 

Desgaste abrasivo

 

La principal causa del desgaste abrasivo es el contacto de una superficie con la otra o con un contaminante sólido externo: polvo, óxido, virutas de mecanizado u otros contaminantes. Este contacto provoca un arañamiento de las superficies, y se presenta visualmente en forma de pulido o rayado paralelo. Dependiendo del origen del contacto -la otra superficie o un contaminante externo- se puede dividir en desgaste abrasivo de dos o de tres cuerpos, respectivamente.

 

La influencia de la lubricación en los elementos de desgaste de maquinaria

Ejemplo de generación de desgaste por abrasión

 

El desgaste abrasivo también se produce como desgaste en cadena. Si se produce un fenómeno de desgaste adhesivo por falta de lubricación provoca que las partículas generadas se queden entre las superficies, al no ser arrastradas fuera de éstas. Esto, a su vez, genera un desgaste abrasivo de tres cuerpos, lo que da lugar a la generación de más partículas.

 

Las partículas abrasivas pueden proceder desde la propia máquina, es decir de otros procesos de desgaste o desde el exterior. Las tareas y procedimientos de mantenimiento que requieran la apertura de cualquier tapa que cubra algún engranaje hay que realizarlas con cuidado para que el sistema de lubricación del aceite no se contamine.

 

Desgaste por corrosión

 

El fenómeno de desgaste por corrosión ocurre cuando las condiciones del ambiente provocan el desprendimiento de partículas de las superficies en contacto. Habitualmente, la acidez del fluido lubricante es una de las principales causas de este tipo de desgaste, aunque también puede ser creado por ciertos aditivos presentes en el lubricante (EP), que pueden ser químicamente reactivos y pueden causar este fenómeno.

La influencia de la lubricación en los elementos de desgaste de maquinaria

Ejemplo de generación de desgaste corrosivo

 

¿Cómo afecta la mala lubricación en la pérdida de utilidad de una máquina?

 

Una lubricación deficiente conlleva una mayor fricción, un incremento de la temperatura de operación y una deficiente limpieza de la zona de trabajo; todo ello incrementando la probabilidad de reducir la utilidad de la máquina, con el coste operativo y económico que ello conlleva.

 

Hay que tener en cuenta ciertos aspectos de la lubricación para evitar o reducir los modos de fallo:

- Lubricación excelente.

- Contenido controlado de aditivos para evitar corrosión.

- Protección contra la herrumbre (agua).

- Viscosidad adecuada en operación.

- Viscosidad adecuada en frío para momentos de arranque.

- Baja formación de espuma.

- Estabilidad a la oxidación.

- Adhesión a los componentes para proteger ante la corrosión.

- Demulsibilidad para separar el agua y aceite de la manera más eficiente para facilitar drenaje.

 

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