TRIBOLOGIA Y MANTENIMIENTO PREDICTIVO · 2018-06-08 · Ensayo tribológico Monitorización de variables en uso Análisis de fallo Temperatura Fuga de lubricante Estado del lubricante

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TRIBOLOGIA Y MANTENIMIENTO

PREDICTIVO

Raquel Bayón ([email protected])

mailto:[email protected]


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


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


En España, una atención

adecuada de los problemas

tribológicos supondría un

ahorro anual de 13,200 M€

(1.0-1.4 % PNB)


¿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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


2. Propuesta de mejora: nuevos materiales,

lubricantes, recubrimientos

Nuevos materiales Tratamientos superficiales Recubrimientos multifuncionales Optimización de lubricantes y grasas etc




3. Diseño de experimentos, diseño de configuraciones y

procedimientos



Adaptación de tribómetros Selección de condiciones: carga,

frecuencia, amplitud, duración Puesta a punto experimental etc




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


5. Validación en condiciones

reales de uso



Ensayos a vida en banco Condiciones reales de trabajo Monitorización in situ hasta fallo de componente




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


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



Temperatura Fuga de lubricante Estado del lubricante Vibraciones

DEGRADACIÓN TÉRMICA

Ejemplo: Sistemas de sellado


Selección de juntas de sellado para martillo neumático. Se identificaron la fatiga, extrusión y degradación térmica como los principales mecanismos de fallo.



Temperatura Vibraciones Estado del lubricante Presión de contacto DEGRADAIÓN TÉRMICA

Ejemplo: Rodamientos


Desarrollo de nuevas grasas para rodamiento de bogie: reducir fatiga y generar menos temperatura en el componente


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


Eskerrik asko

Gracias

Thank you

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