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© IK4-TEKNIKER 2017
TRIBOLOGIA Y MANTENIMIENTO
PREDICTIVO
Raquel Bayón (raquel.bayon@tekniker.es)
© IK4-TEKNIKER 2017
INTRODUCCION
la fricción entre dos cuerpos en
movimiento,
el desgaste como efecto natural de
este fenómeno y
las soluciones para evitar el
desgaste y controlar la fricción
(lubricación, tratamientos
superficiales, …)
Ciencia Multidisciplinar
TRIBOLOGIA
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El 30% del consumo mundial de
energía se pierde en forma de
calor debido a fricción
La mitad de los productos fabricados
reemplazan componentes
desgastados
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En España, una atención
adecuada de los problemas
tribológicos supondría un
ahorro anual de 13,200 M€
(1.0-1.4 % PNB)
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¿Para qué sirve la tribología?
Optimizar el funcionamiento (fricción y desgaste) de sistemas móviles
Máxima fricción y máximo desgaste
Mínimo desgaste y mínima fricción Mínimo desgaste y máxima fricción
Máximo desgaste y mínima fricción
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Sistemas Tribológicos
En cualquier situación donde se producen fenómenos de fricción y
desgaste, están involucrados cuatro tribo-componentes
1. Entorno: oxígeno, humedad, temperatura,
gas, atmósfera contaminada, agua de mar,
electrolito, fluido biológico, etc
2. Tribo-elemento A: materiales/recubrimientos
3. Elemento Intermedio: agua, aceite, grasa,
aire, etc
4. Tribo-elemento B: materiales/recubrimientos
3
1
2
3
4
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Sistemas Tribológicos: Ejemplos
SISTEMA TRIBOELEMENTO
A
TRIBOELEMENTO
B
ELEMENTO
INTERMEDIO
ENTORNO
Caja
engranajes
Engranaje 1 Engranaje 2 Aceite,
partículas de
desgaste
Aire,
humedad,
Tª, etc
Rueda/raíl Rueda Raíl Tierra, suciedad Aire,
humedad,
agua de
lluvia,
Tª,etc
Líneas de
fondeo
Codo Eslabón Codo Eslabón Agua de mar Agua de
mar, O2,
bacterias-
fouling
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Sistemas Tribológicos: Ejemplos
SISTEMA TRIBOELEMENTO
A
TRIBOELEMENTO
B
ELEMENTO
INTERMEDIO
ENTORNO
Cojinete Casquillo Eje Grasa, aceite Vacío,
humedad,
temperatur
a, etc
Prótesis Cabeza femoral Cotilo Líquido
sinovial
Tejidos,
bacterias,
cloruros
Rectificadora Muela Material
a rectificar
Aceite Aire, agua
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QUÉ OFRECE LA TRIBOLOGIA AL SECTOR INDUSTRIAL
La tribología aporta al sector industrial en diferentes escenarios:
Fase de diseño de un nuevo producto
Fase de optimización de un producto existente (nuevos requerimientos, mejoras,
mayor durabilidad, eficiencia)
Prevención de fallo asociado a fenómenos de fricción y desgaste en diferentes
sistemas tribológicos
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Análisis de un sistema tribológico concreto
Comportamiento de diferentes materiales/tratamientos
superficiales/lubricantes en las mismas o diferentes condiciones de
trabajo
Propuesta de materiales/tratamientos superficiales/lubricantes
alternativos
Análisis de las causas de fallo de un sistema mecánico
Control de los parámetros que afectan al ensayo
QUÉ OFRECE LA TRIBOLOGIA AL SECTOR INDUSTRIAL
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El uso del mantenimiento predictivo consiste en establecer
una relación entre las variables que afectan al sistema y
la vida del componente.
Esto se logra mediante la monitorización y el control de
dichas variables (temperatura, vibraciones, presión de
contacto, estado de degradación del lubricante, etc)
periódicamente hasta que el componente falle durante
ensayos experimentales controlados.
La combinación del mantenimiento predictivo con el
conocimiento tribológico permite establecer la fiabilidad
de un sistema mecánico.
Tribología y mantenimiento predictivo
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Tribología y mantenimiento predictivo
Monitorización de Sistemas Tribológicos
1. Ensayos y evaluación tribológica, simulación de la fricción
y desgaste, monitorización y diagnóstico.
• Diseño de experimentos.
• Bancos de ensayos y equipos de tribología
• Modelado multifísico y simulación.
• Evaluación de la fricción y el desgaste (pulido, pitting o scuffing)
2. Monitorización del estado de salud del componente:
• Sensores (Vibraciones, Corriente, temperatura, COF, lubricante,…)
• Algoritmos de detección y predicción de fallo basados en datos
y conocimiento: umbrales, técnicas de clasificación, estimación de
vida remanente
Ensayos Tribológicos
Monitorización de parámetros in situ
Análisis del fallo
Predicción de vida
Relacionar modos de fallo de componente y señales de adquisición
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Material
Strategies for system improvement
Lubricante
Control en uso
1- Selección de materiales
2- Tratmientos superficiales
1- Selección del lubricante
2- Mejora de la formulación7optimización
3- Sistema de lubricación (re-diseño )
1- Monitorización del lubricante en uso
2-Monitorización on-line de otros parámetros
Systems validation (Lab test bench and demo configurations)
Material 1
(surface)
Material 2
(surface)
Sistema Tribológico
Lubricante/otros
TRL 2-3 ----- TRL 6-7
Synergies betw
een I+D
research areas
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La tribología se apoya en el mantenimiento predictivo como herramienta para analizar
la fiabilidad de cualquier sistema tribológico.
1. Identificación de necesidades de mejora
• Fallo prematuro• Alto coste de mantenimiento• Introducción de materiales sostenibles• etc
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2. Propuesta de mejora: nuevos materiales,
lubricantes, recubrimientos
Nuevos materiales Tratamientos superficiales Recubrimientos multifuncionales Optimización de lubricantes y grasas etc
La tribología se apoya en el mantenimiento predictivo como herramienta para analizar
la fiabilidad de cualquier sistema tribológico.
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3. Diseño de experimentos, diseño de configuraciones y
procedimientos
La tribología se apoya en el mantenimiento predictivo como herramienta para analizar
la fiabilidad de cualquier sistema tribológico.
Adaptación de tribómetros Selección de condiciones: carga,
frecuencia, amplitud, duración Puesta a punto experimental etc
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La tribología se apoya en el mantenimiento predictivo como herramienta para analizar
la fiabilidad de cualquier sistema tribológico.
4. Monitorización de parámetros del componente
en uso
Coeficiente de fricción Temperatura Presión de contacto Ruido/vibraciones Estado de degradación del lubricante etc
Ensayo "Bola sobre disco" bajo la Norma
DIN51834-2
0
0,05
0,1
0,15
0 2000 4000 6000 8000
Tiempo (s)
COF
time in revolution
nominal case function
fault case function
par
amet
er v
alu
e
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5. Validación en condiciones
reales de uso
La tribología se apoya en el mantenimiento predictivo como herramienta para analizar
la fiabilidad de cualquier sistema tribológico.
Ensayos a vida en banco Condiciones reales de trabajo Monitorización in situ hasta fallo de componente
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La tribología se apoya en el mantenimiento predictivo como herramienta para analizar
la fiabilidad de cualquier sistema tribológico.
6. Análisis de fallo
Caracterización de la superficies Caracterización del lubricante Cálculo del desgaste Diagnóstico de fallo
Desarrollo de herramienta detección y predicción de fallo
Relacionar modos de fallo con señales de adquisición
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Monitorización de variables en usoEnsayo tribológico Análisis de fallo
Temperatura Vibraciones Estado del lubricante Presión de contacto
Ejemplo: Engranajes.
Correlación, desarrollo de herramienta predictiva
Selección de aceites para reducir micropittingen engranajes de multiplicadora eólica
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Monitorización de variables en usoEnsayo tribológico Análisis de fallo
Temperatura Fuga de lubricante Estado del lubricante Vibraciones
DEGRADACIÓN TÉRMICA
Ejemplo: Sistemas de sellado
Correlación, desarrollo de herramienta predictiva
Selección de juntas de sellado para martillo neumático. Se identificaron la fatiga, extrusión y degradación térmica como los principales mecanismos de fallo.
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Monitorización de variables en usoEnsayo tribológico Análisis de fallo
Temperatura Vibraciones Estado del lubricante Presión de contacto DEGRADAIÓN TÉRMICA
Ejemplo: Rodamientos
Correlación, desarrollo de herramienta predictiva
Desarrollo de nuevas grasas para rodamiento de bogie: reducir fatiga y generar menos temperatura en el componente
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RESUMEN
Selección de aplicación industrialSelección de sistemaSelección de componente crítico
Selección de parámetros para monitorizar
Correlación con mecanismos de fallo
Ensayo tribológico ADHOC y monitorización in situ
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Eskerrik asko
Gracias
Thank you
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