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Tercer Congreso
Internacional
de Ingeniera Mecnica
& Primero de Ingeniera
Mecatrnica
Muestra Industrial
LUIS EDUARDO BENTEZ HERNANDEZ
TRIBOLOGA
HERRAMIENTA DE
CONFIABILIDAD
INGENIERO MECNICO, MBA
PROFESOR TITULAR MAESTRO UNIVERSITARIO UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERA
DEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA Y MECATRNICA
BOGOT, SEPTIEMBRE DE 2006
LUIS EDUARDO BENTEZ HERNANDEZ - IM - MBA - Profesor Titular - Maestro Universitario
QU ES LA TRIBOLOGA?
TRIBOLOGA TRIBOS
LOGOS Tratado
Friccin
Es el estudio de los problemas relacionados con el transporte
de carga a travs de dos superficies en movimiento relativo
Se considera una ciencia interdisciplinaria que conjuga
elementos importantes en el diseo, fabricacin y operacin de
las mquinas como la friccin, naturaleza de los materiales,
rugosidad, desgaste, lubricacin, consumo de energa y medio
ambiente.
LUIS EDUARDO BENTEZ HERNANDEZ - IM - MBA - Profesor Titular - Maestro Universitario
FUNDAMENTOS DE LA
TRIBOLOGA
La Tribologa se centra en el estudio de tres
fenmenos:
La friccin entre dos cuerpos en movimiento.
El desgaste como efecto natural del fenmeno
de friccin.
La lubricacin como un medio para disminuir
la friccin y evitar el desgaste.
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LUIS EDUARDO BENTEZ HERNANDEZ - IM - MBA - Profesor Titular - Maestro Universitario
La fuerza tangencial de resistencia que acta en una direccin
directamente opuesta a la direccin del movimiento se conoce
como fuerza de friccin.
La friccin no es una propiedad del material, es una respuesta
del sistema.
FRICCIN
La friccin se define como la resistencia al movimiento
durante el deslizamiento o rodamiento que experimenta un
cuerpo slido al moverse tangencialmente sobre otro con
el cual esta en contacto.
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TIPOS DE FRICCIN
FRICCIN
ESTTICA
DINMICA Elemento de oposicin
al movimiento
Impide el movimiento
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El desgaste es el dao de la superficie o la remocin de
material de una o ambas superficies slidas en
movimiento relativo, ya sea por deslizamiento,
rodamiento o impacto.
Durante este movimiento relativo, primero, el material en
la superficie de contacto es desplazado por lo que las
propiedades del slido, al menos en o cerca de la
superficie, se alteran, pero muy poco o nada del material
se pierde.
Posteriormente, el material puede ser removido de la
superficie resultando en la transferencia a la otra
superficie, o bien, puede perderse como una partcula del
desgaste.
Al igual que la friccin, el desgaste no es una propiedad
del material, es una respuesta del sistema.
DESGASTE
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CAUSAS MAS COMUNES
DEL DESGASTE
Contacto metal - metal por falla de la
pelcula lubricante
Presencia de partculas abrasivas en
el aceite
Desplazamiento de la pelcula de
lubricante en el rea de contacto.
Desgaste de origen qumico
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TIPOS DE DESGASTE
Adhesivo
Abrasivo
Corrosivo
Cavitacin
Erosivo
Fatiga
Fretting
Picado
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TIPOS DE DESGASTE
Erosin
Desgaste por adhesin
Desgaste corrosivo
Desgaste por abrasin
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El deslizamiento entre superficies slidas se
caracteriza generalmente por un alto coeficiente
de friccin y un gran desgaste debido a las
propiedades especficas de las superficies.
La presencia de una capa de material ajeno en la
interfase no puede ser garantizada durante el
proceso de deslizamiento, por lo tanto, se aplican
lubricantes para disminuir la friccin y el
desgaste.
LUBRICACIN
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QU ES LUBRICAR?
Lubricar es:
Encontrar la mejor manera de aplicar
el lubricante apropiado (proceso de
seleccin), en el lugar requerido
(sistema de lubricacin), en la
cantidad correcta (niveles), en el
momento preciso (perodos de
cambio), al menor costo (control de la
friccin) y con el mayor valor agregado
posible
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Retardo en el proceso de envejecimiento de los equipos
Aumento del perodo de vida til
Disminucin del tiempo improductivo
Bajos costos de mantenimiento
Bajos costos de mano de obra
Proteccin del medio ambiente
Aumento del nmero de unidades producidas en el perodo de vida til
Aumento de la productividad de los equipos y la mano de obra.
Aumento de la confiabilidad de los equipos
VALOR AGREGADO
DE LA LUBRICACIN
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FUNCIONES DE LOS
LUBRICANTES
PRIMARIAS
CONTROL DE LA FRICCIN
CONTROL DEL DESGASTE
PREVENCIN DE DAOS SUPERFICIALES
SECUNDARIAS
EXTRACCIN DE CALOR
LIMPIEZA Y REMOCIN DE RESIDUOS
PREVENCIN DE CORROSIN
TRANSMISIN DE POTENCIA
SERVIR DE SELLO LUBRICANTE
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La productividad basada en la lubricacin y la Tribologa se puede definir como el conjunto de eventos que permiten lograr que tanto el aceite con el cual se estn lubricando los diferentes mecanismos de la mquina como dichos componentes alcancen la vida para la cual fueron formulados y diseados respectivamente.
Este objetivo no es fcil de lograr en la prctica ya que se presentan mltiples factores que lo dificultan, pues dependen de las personas que administran el mantenimiento y del personal que ejecuta los programas de lubricacin..
Proyecto de vida para el
aceite y las mquinas
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Siempre se debe tener en mente que los factores que afectan la vida del aceite son: el oxgeno, las altas temperaturas de operacin, el agua y las partculas slidas como el cobre y el hierro.
Los factores que reducen considerablemente la vida de servicio de diseo de los mecanismos de una mquina son: la inestabilidad de la pelcula lubricante con los cambios de la temperatura de operacin, la presencia de partculas slidas en el aceite por encima de los niveles de limpieza mximos permisibles y las altas temperaturas de operacin.
Factores que es necesario
controlar para incrementar la vida
del aceite
Factores que es necesario
controlar para incrementar la vida
de los mecanismos
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TRIBOLOGA
PRODUCTIVA
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PROGRAMA TRIBOLGICO
PRODUCTIVO
FILOSOFIA: La lubricacin es un proceso
mediante el cual se puede lograr una diferencia o
ventaja competitiva, si se seleccionan y utilizan
lubricantes que permitan:
Menor consumo de energa por friccin
Menores ndices de desgaste de los equipos
Mayores frecuencias entre relubricaciones
Menores costos por mano de obra
Conservacin del medio ambiente
(biodegradables y no txicos)
Que la lubricacin sea predictiva y proactiva
Aumento de la confiabilidad de los equipos
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La Tribologa por s sola permite que las
mquinas alcancen su vida a la fatiga e
incluso que la superen si se les aplica
correctamente.
LaTribologa Productiva involucra tres
aspectos fundamentales:
TRIBOLOGA
PRODUCTIVA
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1- CONSERVACIN DEL
MEDIO AMBIENTE Y
PRESERVACIN DE LOS
RECURSOS NATURALES
Hasta donde sea posible no se deben utilizar
lubricantes derivados del petrleo ya que cuando
se oxidan dan lugar a la formacin de perxidos y
cido sulfrico, lo que hace que estos lubricantes
sean altamente txicos y no biodegradables, por
otro lado el petrleo al ser no renovable las
reservas mundiales de este vital elemento se
reducirn rpidamente debido a la utilizacin
cada vez mayor tanto de mquinas industriales
como automotrices.
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DESARROLLO DE UN
PROGRAMA AMBIENTAL CON
LOS ACEITES USADOS
Reacondicionamiento de aceites minerales.
Recuperacin de aceites.
Uso de lubricantes ecolgicos, biodegradables
y no txicos.
Uso de aceites vegetales
Como resultado de los ltimos estudios sobre la contaminacin de la atmsfera de la tierra
que ocasiona estragos en la capa de ozono atmosfrico y causa el calentamiento de la
tierra, se ha empezado a tomar conciencia acerca del uso adecuado de los lubricantes y la
disposicin adecuada de sus desechos por parte de la industria mundial y de los fabricantes
de lubricantes. En consecuencia, hoy se tratan los aceites usados y han surgido los "Lubricantes con Conciencia Ambiental" EAL (Environmental Awareness Lubricants).
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2- CONTROL DE LA
FRICCIN Y REDUCCIN
DEL DESGASTE
La aplicacin de la Tribologa debe
conducir a una reduccin mxima de la
friccin.
Esto har posible reducir los diferentes
tipos de desgaste que se pueden presentar
en un mecanismo permitiendo que ste
alcance su vida a la fatiga e inclusive la
incremente.
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3- AHORRO DE LA
ENERGA
La filosofa de la Tribologa es utilizar lubricantes
con los coeficientes de friccin ms bajos posibles
de tal manera que el consumo de energa sea
mnimo.
Es muy importante a la hora de adquirir un nuevo
lubricante conocer los valores de sus coeficientes
de friccin slida y fluida o Elastohidrodinmica
segn el caso. El conocimiento de esta informacin
hace factible implementar programas de ahorro de
energa mediante el control de la friccin.
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Para que un
proceso tribolgico
se haga rentable, y
sea confiable, debe
tenerse control
sobre:
Procesos de asentamiento
Perodos de cambio de aceite
Seleccin del lubricante
Uso de lubricantes
especiales
Control de desgaste
Control de temperatura de
trabajo
Manejo del equipo
Montajes y desmontajes
Capacitacin
Productividad
PROCESO TRIBOLGICO
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FACTORES QUE INTEGRAN
UN PROCESO
TRIBOLGICO
Lubricacin (Velocidad, carga, temperatura)
Parte operativa de los equipos
Mantenimiento
Control de calidad de los repuestos
Diseo
Materiales
Fabricacin de los equipos
Montaje y control metrolgico
Costos
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PROCESO TRIBOLGICO
Algunos de los beneficios alcanzados al involucrar los recursos (humanos y tcnicos) de la empresa en un proceso tribolgico son:
Menor desgaste de las mquinas y equipos.
Menor consumo de energa
Mayor vida til de mquinas y equipos.
Tiempos ms largos para reposicin de equipos.
Disminucin de las paradas improductivas y aumento de la disponibilidad del equipo.
Mayor confiabilidad de los equipos
Disminucin de costes por recambios y mano de obra para mantenimiento.
Un medio ambiente ms puro que genere mayor bienestar y una mejor calidad de vida trabajando en funcin de un desarrollo sostenible.
Mayor calidad de los productos.
Menos reprocesos ocasionados por errores en el proceso productivo.
Mejora en el nivel de la cultura tcnica y organizacional.
Mayor motivacin y compromiso del personal.
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COMPORTAMIENTO
TRIBOLGICO DE UN EQUIPO
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COMPORTAMIENTO
TRIBOLGICO NEGATIVO DE
UN EQUIPO
El perodo de operacin normal est por debajo
de la vida til de diseo
CAUSAS:
Etapa de asentamiento irregular por: altas
cargas, velocidades y temperaturas de
operacin.
Condiciones de operacin por encima de las
especificaciones del diseo.
Mantenimiento predictivo deficiente.
Lubricacin inapropiada, descuidada o a
destiempo.
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El perodo de operacin normal est por
encima de la vida til de diseo
CAUSAS:
Etapa de asentamiento cuidadosa (aumento
gradual de cargas y velocidades) y temperaturas
de operacin normal
Uso de lubricantes sintticos (protegen mejor en
arranques y paradas)
Cambios de aceite a tiempo
Mantenimiento cuidadoso y a tiempo
COMPORTAMIENTO
TRIBOLGICO POSITIVO DE UN
EQUIPO
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PRDIDAS
Las prdidas slo le agregan costo al producto, no le dan valor agregado para el
cliente. Algunos tipos de prdidas son:
Desperdicio de materia prima
Desgaste de mquinas y equipos
Despilfarro de energa
Menor vida til del lubricante
Mayor frecuencia de cambio del lubricante
Paradas imprevistas de los equipos
Deficiencias en el diseo de las mquinas
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ESTRATEGIAS PARA
MEJORAR EL SISTEMA
PRODUCTIVO
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ESTRATEGIAS GERENCIALES
Involucrar los equipos en un proceso
tribolgico.
Poner en marcha un plan de deteccin y
eliminacin de prdidas en el proceso
productivo.
Crear valor agregado en el proceso para
clientes internos y externos.
Poner en marcha un plan de capacitacin y
educacin.
Adoptar un Programa Tribolgico Productivo
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LUBRICACIN
PREDICTIVA
La filosofa de este programa es la de
lubricar por condicin y no bajo una
frecuencia predeterminada.
Esto significa que no es recomendable
cambiar el aceite bajo una frecuencia
constante ya que su nivel de calidad puede
modificarse dentro del mismo intervalo de
tiempo debido a imprevistos.
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Ruta de tribologa
Al correlacionar adecuadamente los datos de la
condicin del aceite, vibraciones y temperatura
es factible sacar conclusiones que permiten
garantizar que el mecanismo y por consiguiente
el equipo estn trabajando dentro de la
confiabilidad esperada.
Monitoreo de rodamientos
Anlisis fsico qumico del aceite y conteo de
partculas segn ISO 4406 (cambiar o filtrar).
LUBRICACIN PREDICTIVA
Componentes:
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LUBRICACIN
PROACTIVA
Su objeto es corregir el origen de una falla
real o potencial y prolongar la vida til de
los equipos con base en el control de la
temperatura, la filtracin del aceite, la
utilizacin de lubricantes de mejor
desempeo y con menores coeficientes de
friccin fluida y EHL y disminuir el
consumo de energa en los mecanismos
lubricados mediante el control de la
friccin
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Anlisis de los registros histricos
- Control de temperatura (
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Los lubricantes sintticos ameritan su utilizacin cuando
se quieran:
Ampliar las frecuencias entre cambios de aceite los
perodos de re-engrase.
Reducir el consumo de energa por friccin en los
mecanismos lubricados.
Disminuir el consumo de repuestos al reducir
considerablemente el desgaste adhesivo.
Aumentar la capacidad productiva y la confiabilidad
de la maquinaria
proteger el medio ambiente.
EN QU SE UTILIZAN LOS
LUBRICANTES SINTTICOS?
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CARACTERSTICAS
Coeficientes de friccin ms bajos (f)
Altos ndices de Viscosidad (IV)
Alto Calor especfico (Cp)
Mnima cantidad de residuos de evaporacin
Elevada adhesividad hacia las superficies metlicas
Buena demulsibilidad
Baja tendencia a la formacin de espuma
Adecuada proteccin contra la corrosin en ambientes
crticos
Buena resistencia a la corrosin
Excelente estabilidad trmica
No son inflamables a altas temperaturas
Alta miscibilidad a bajas temperaturas y baja solubilidad a
altas temperaturas
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VENTAJAS
Lubricacin bajo condiciones crticas de operacin
Excelente proteccin contra el desgaste
Buen control de la herrumbre y la corrosin
Ahorro de energa por menor coeficiente de friccin
Estandarizacin a un menor nmero de aceites
Menor impacto negativo sobre el ambiente
Temperaturas de operacin ms bajas
Mayor potencia disponible en las mquinas conducidas
Mayores frecuencias entre cambios de aceite
Menos paros en la produccin
Alta detergencia y capacidad de limpieza naturales
Tienen la misma clasificacin de los minerales
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Ventajas
Referencia
Causal
Referencia Explicativa
Ahorro de
Energa
Ahorro de energa por
disminucin de
friccin
Hay menor prdida de energa debido a la
friccin, y frecuentemente se encuentra un
ahorro de energa de entre un 4 al 7%,
dependiendo de la aplicacin en particular
Ahorro de energa por
disminucin de torque
en el arranque
Generalmente requieren menos torque al
arrancar y en consecuencia menor uso de
energa.
Ahorro de energa por
mejor desempeo de
las transmisiones.
Al igual que producir un mejor desempeo en la
transmisin en engranes
Ahorro de
Combustible
Ahorro combustible
por disminucin en
friccin, y mejora de
las transmisiones.
En el caso de los aceites automotores permiten
un ahorro de combustible entre un 3 a un 50%.
Ahorro en
Costos de
Mantenimiento
Mayor vida util del
aceite
Los aceites sintticos pueden brindar de 5 a 10
veces ms larga vida que los aceites minerales.
Disminucin de empleo de filtros.
Soportan elevadas
temperaturas
Soportan elevadas temperaturas sin oxidarse, en
algunos casos hasta 93C por encima
de las que soportan los de base de
hidrocarburo
AHORROS ECONMICOS EN LUBRICANTES SINTTICOS
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El uso de los sintticos, requiere menor relleno
de aceite, debido a una menor tasa de
evaporacin
Disminucin en la
oxidacin
Una regla de la industria, establece que la tasa
de oxidacin de los aceites convencionales, se
duplica y la vida de ese aceite se reduce a la
mitad, por cada incremento de 10 C en la
temperatura de operacin.
Menor formacin de
depsitos de
herrumbre y barnices
y menores paros
programados
Estos lubricantes se resisten sustancialmente al
ataque del oxgeno en presencia del calor, por
lo cual adems hay menor formacin de
herrumbre y barnices lo que al lado de los
aditivos dispersantes y detergentes se ve
representado en la disminucin de fallas por la
formacin de depsitos y menores paros
programados para mantenimientos.
Menor Consumo
de Repuestos
Buena proteccin en
situaciones de altas
presiones y pelcula
delgada.
Por su estructura molecular uniforme y el
aumento de sus fuerzas de cohesin los
sintticos, son utilizados con pelcula delgada
o escasa, debido a las altas cargas y bajas
velocidades o altas velocidades, alto torque y
potencia, donde los aceites convencionales
fallan. Ofrecen mejor proteccin a la maquinaria,
por tanto reducen el consumo de repuestos
Menor Consumo
de Aceite
Menor Volatilidad.
Los sintticos tienen una menor volatilidad, lo
que repercute en un menor consumo de aceites.
Menor Tasa de
Evaporacin
AHORROS ECONMICOS EN LUBRICANTES SINTTICOS
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DESVENTAJAS
Son ms costosos que los minerales
derivados del petrleo (inclusive con respecto
a los de ms alta calidad).
No se deben mezclar entre s, ni mucho menos
con los derivados del petrleo.
Son altamente detergentes, lo que hace
necesario garantizar una limpieza exhaustiva
de los mecanismos donde se van a utilizar,
incluyendo sistemas circulatorios.
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DESVENTAJAS
Debido a su alta detergencia, es factible
que causen desprendimiento de pequeas
partculas de hierro en las carcazas de
fundicin.
Algunos se pueden evaporar ms fcilmente
que los derivados del petrleo.
En su mayora atacan los retenedores y
sellos de los equipos fabricados de Buna N.
Para ciertas condiciones de trabajo son
difciles de conseguir.
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Desventaja
Referencia
Causal
Referencia Explicativa
Son ms
Costosos
Proceso de
elaboracin ms
complejo
Los sintticos pueden costar alrededor de 5
veces ms que un aceite mineral. Debido a que
su proceso de elaboracin es ms complejo.
No se pueden
mezclar con otros
lubricantes.
No se pueden mezclar con otros lubricantes ni
con los derivados del petrleo.
Algunos se evaporan
fcilmente.
Existen cierto tipo de lubricantes que tienen
altas tasas de evaporacin, por lo que se debe
tener especial cuidado en obtener esta
informacin.
En algunos casos
son difciles de
conseguir.
En algunos casos son de difcil adquisicin lo
que genera sobre costos.
SOBRECOSTOS ECONMICOS EN LUBRICANTES SINTTICOS
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RELACIN
BENEFICIO - COSTO
Notas:
A: Alta
B: Baja
I: Igual
N: Ninguna.
PARMETRO ANALIZADO MINERAL SINTTICO
Frecuencia entre cambios de aceites, meses B A
Costo del galn de aceite, US $ B A
Volumen total de aceite del equipo, galones I I
Costo del volumen total del aceite, US $ B A
Consumo de energa por friccin, Kwhr A B
Costo del Kw-hr, US $ I I
Ahorro total por menor consumo de energa, US $ N A
Costo H-H, US $ I I
H-H para cambio de aceite y limpieza interna del equipo A B
Cantidad total H-H para cambio de aceite y limpieza
interna del equipo, galones A B
Cantidad del producto para limpieza interna del equipo,
galones A N
Costo del galn del producto de limpieza, US $ B N
Costo total producto de limpieza, US $ B N
Biodegradabilidad B A
Toxicidad A B
LUIS EDUARDO BENTEZ HERNANDEZ - IM - MBA - Profesor Titular - Maestro Universitario
RESUMIENDO:
La productividad, basada en la tribologa y la lubricacin,
constituye un conjunto de eventos que permiten que tanto el
aceite como los elementos lubricados alcancen la vida para la
cual fueron formulados y diseados respectivamente.
Los factores que atentan contra la vida del aceite y que se deben
controlar son: las altas temperaturas, exposicin al oxigeno, el
agua y la presencia de partculas slidas como el hierro y el
cobre.
La capacidad de carga de un mecanismo lubricado se reduce
aproximadamente en un 10% por cada 25C, por encima de los
50C.
La vida del lubricante se reduce aproximadamente a la mitad por
cada 10C de aumento de la temperatura, por encima de los 50C
LUIS EDUARDO BENTEZ HERNANDEZ - IM - MBA - Profesor Titular - Maestro Universitario
RESUMIENDO:
Los factores que reducen la vida de servicio de las mquinas son: la
inestabilidad de la pelcula lubricante con los cambios en la
temperatura de operacin, la presencia de partculas slidas o de
desgaste por encima de los niveles de limpieza mximos permisibles,
y las altas temperaturas de operacin.
Un proceso tribolgico genera valor agregado: control de la friccin
y reduccin del desgaste, ahorro de energa, menos paradas
improductivas, disminucin de prdidas en el proceso productivo.....
La lubricacin inadecuada o sin la frecuencia correcta ocasiona
cerca del 50% de las fallas en rodamientos, y aproximadamente el
60% de las fallas mecnicas.
El sistema de anlisis de aceites usados es una herramienta efectiva
y eficaz que garantiza que en todo momento el aceite se encuentra
en ptimas condiciones para hacer su trabajo en los equipos.
LUIS EDUARDO BENTEZ HERNANDEZ - IM - MBA - Profesor Titular - Maestro Universitario
RESUMIENDO:
El monitoreo de los aceites es una de las herramientas ms
valiosas que el Ingeniero tiene a su disposicin para mejorar la
productividad de su planta y garantizar la confiabilidad de la
operacin de sus equipos.
El uso de lubricantes con conciencia ambiental, adems de
conservar adecuadamente los equipos, protege el medio
ambiente, conserva mejor los recursos no renovables y genera
menos contaminacin y desechos.
Es prioritario incluir dentro de los programas de lubricacin el
mantenimiento de los aceites y el manejo responsable de los
desechos
Es funcin de tcnicos y profesionales convertir la lubricacin
en un proceso productivo.
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QUEDA CLARO
Lubricar NO es:
Aplicar aceite
y grasa a las
mquinas
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Ing. LUIS EDUARDO BENTEZ HERNANDEZ
e-mail: [email protected]
GRACIAS POR SU
GENTIL ATENCIN