8/12/2019 1. Presentacin sobre Tribologa
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2008 Exxon Mobil Corporation. Al l rights reserved.
Presentacin sobre Tribologa
Curso Southern PeruOperacin Toquepala
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Operacin Exitosa de los Equipos
Es slo posible a travs de un adecuado:
Diseo de EquipoEsta diseado para el trabajo?
MaterialesEsta hecho con los materiales correctos?
InstalacinAlineamiento, cargas de la tubera, etc..
Condiciones OperativasTemperatura Ambiente
MantenimientoTodos los PMs se hacen?
Lubricacin
Lubricante Correcto
Ubicacin Correcta Cantidad Correcta
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Conocimiento es la Clave
Falla del equipo puede ser causada por uno de los factoresanteriores pero frecuentemente es una combinacin devarios.
Conocimiento en principios de lubricacin lleva a la mejora
del entendimiento de la operacin del equipo... Esta presentacin se enfocar en los Principios de
Lubricacin Ejm.:Como trabaja el contacto bajolubricacin?
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Principios de Lubricacin
Como el movimiento de las superficies metlicas estn separadaspor el lubricante forma la base para entender la lubricacin.
Estos principios aplican a todos los tipos de elementos lubricados delos equipos incluyendo:
Engranajes
Rodamientos Cojinetes Planos Anillos del pistn y camisas Levas y seguidores
Estos principios tambin aplican sobre todos los tipos de lubricantes Aceites Minerales Aceites Sintticos Grasas Gases
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Cuan Lisas son las Superficies de las
Mquinas?
Equipos modernos son fabricados a base de metalutilizando una variedad de tcnicas de maquinados.
A primera mirada , la superficie de la maquina es muy lisa.
Veamos ms de cerca
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Rayado en varias direcciones
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Area
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Rugosidad de la Superficie
La rugosidad de la superficie es frecuentemente reportada como unpromedio matemtico llamado Raz Cuadrada Mediao micrones rms.
A niveles microscpicos, las superficies se parecen a una zonamontaosa, con picos (asperezas), y valles (hendiduras, rayados).La unidad de medida es el micrn m(m x 10-6)
Promedio
Y
X
Longitud Evaluada
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Tpica Rugosidad Superficial
Rodamientos Bolas .05.073 mm. rms
Pistas de Bolas .15.25 mm. rms
Rodillos 0.20.3 mm. rms
Pistas de Rodillos 0.250.5 mm. rms
Partes del Motor Camisas 0.66 - 0.88 mm. rms
Superficies pticas Espejo del Telescopio 0.008 mm. rms
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Dos Condiciones de Lubricacin
SuaveCondicin de Lubricacin
Las superficies de los equipos estn totalmente separadas entreellas por una pelcula de lubricacin apropiada.
Viscosidad del lubricante es la UNICA propiedad importante
SeveraCondicin de Lubricacin
Las superficies de los equipos son presionadas entre ellas y lograncontacto superficial.
Aditivos antidesgaste y de extrema presin se vuelvenimportantes!
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Espesor Relativo de Pelcula - Lambda
Tipo de contacto entre superficies lubricadas, el xito esdeterminarlo por el espesor de la pelcula del lubricante y larugosidad de la superficie.
Espesor de PelculaEspecfico l
Espesor de Pelcula
Rugosidad deSuperficie
=
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Pequeo
Menor pelcula de lubricacin y ma
rugosidad resulta enSeveras Condiciones de Lubricaci
Grande
Espesor dePelcula
Mayor espesor de pelcula o
menor rugosidad resulta enSuaves Condiciones delubricacin
l l
Espesor Relativo de Pelcula - Lambda
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Qu etermina l
Para contactos lubricados, les determinado por: Equipo (material, geometra)
Condiciones Operativas (Carga, Velocidad)
Viscosidad del Lubricante
Equipos operan bajo una variedadde cargas,velocidad y temperaturas que pueden llevar a
condiciones de lubricacin suaves o severas.
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Rgimen de Lubricacin
Todos los contactos lubricados van a caer en uno de lostres regmenes de lubricacin.
l El valor de determina el rgimen de lubricacin1. Completa2.Mixta3. Lmite
Subiendo l
Condicionesde lubricacin pueden ser clasificados dentro detres tipos de regmenesde lubricacin.
Severa!
Suave
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Lubricacin Lmite l < 1
Pequeas zonas de lubricante
atrapado por las asperezas encontacto.
Extenso contacto metal - metal.
La carga es soportada enteramentepor las superficies en contacto y no
por el lubricante. Deslizamiento causa desgaste
Deformacin Plstica
Desgaste Abrasivo
Desgaste Adhesivo Alta friccin producto de una
significativa deformacin de lasuperficie.
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Interaccin de Asperezas producen Desgaste
Lubricacin Lmite
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Ejemplos de Lubricacin Lmite
Engranajes trabajan bajo condiciones severas Alta Carga Velocidades muy bajas Flujo de lubricante limitado
Arranque de muchos equipos !!!
Si los parmetros operativos de una maquina indican quetrabajo siempre bajo lubricacin lmite se debe tomarespecial consideracin.
Aditivos contenidos en la grasa
Bombas hidrostticas de presin
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Desgaste Controlado por Aditivos
Antidesgaste / aditivos extrema presin son de tipo polar, es decir,ellos son atrados a la superficie del metal.
Antidesgaste para cargas moderadas - Zinc/Fsforo
Extrema Presin (EP) para altas cargasSulfuro de fsforo
La clase de aditivo requerido depende de la carga entre las dossuperficies.
lubricante
Pelcula deAditivo
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Pelcula del aditivo antidesgaste: Baja fuerza de corte.
Actan como un amortiguador para esparcir la carga sobre unarea mayor.
Reducen la friccin minimizando la soldadura de contacto.
Se activan por el calor generado por el contacto entre asperezas.
Aplicado en superficies de dureza alta por ejemplo, no plomo,aluminio, etc.
ZDDPDitiofosfato de Zinc, aditivo antidesgaste ms comnusado en aceites de motor.
Desgaste Controlado por Aditivos
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rea Desgastada
Lubricacin Lmite con un aceite base mineral
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rea Desgastada
Lubricacin Lmite con aceite mineral con0.1% ZDDP
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Lubricacin Mixta 1 < l> 4
Pelcula lubricante slo separa parcialmente las superficies en contacto La carga es soportada por la capa lubricante y por el contacto entre las
superficies (a esto se debe el nombre de lubricacin mixta. Hay desgastey friccin moderada.
La viscosidad del lubricante determina los rangos de desgaste, as mismo
la reactividad qumica de los aditivos. Ejemplos tpicos
Anillos de pistones / Camisas de cilindros
rbol de levas
Engranajes de baja velocidad y alta carga
Metales de Biela y Bancada en el arranque
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Lubricacin a pelcula completa l> 4
Superficies totalmente separadas por la pelcula lubricante: No hay contacto entre superficies.
El lubricante soporta toda la carga.
Desgaste mnimo/ sin desgaste.
Baja friccin.
No se requieren aditivos.
La viscosidad es la propiedad ms
significativa.
Hay dos tipos de lubricacin a pelcula completa que sondeterminados por el conformidad de contacto entre los elementos de
las mquinas.
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Pelcula Completa Alto Conformidad
de contacto
Superficies en contacto en una gran rea
Baja presin de contacto
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Lubricacin Hidrodinmica l> 4
Es la forma ms deseada de lubricacin
Muy baja friccin y desgaste
Caractersticas de friccin surgen nicamente por fuerzas de corte(viscosas) en el lubricante
Ejemplos: Cojinetes Rodamientos Requieren amplio suministro de lubricante!
Cojinetes hidrostticos??
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Ejemplos de Cojinetes Hidrostticos
Rodamientos Cojinetes
La viscosidad del lubricante a la temperatura de operacin es crticapara una operacin ntegra.
Lubricacin Completa Baja
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Lubricacin Completa- Baja
Conformidad de Contacto
Superficies en contacto en rea pequea
Alta presin de contacto 1-3 GPa (400,000 psi)
LubricacinElasto-Hidrodinmica
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Deflexiones Elsticas Locales
Deflexin
elstica
Slo contacto Bajo cargas
Presiones de contacto originan deflexiones elsticas significativas. Losmateriales utilizados deben ser capaces de soportar millones dedeformaciones elsticas.
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Lubricacin Elasto-hidrodinmica (EHL)
>4 pero
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Lubricacin Elasto-Hidrodinmica (EHL)
Ejemplos
Engranajes
Rodamientos de bolas/rodillos
Levas / Actuadores
Deflexiones Elsticas en un
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Deflexiones Elsticas en un
Rodamiento de Bolas
Rodamiento Rgido de Bolas Contacto entre Bola y RecorridoVista Amplificada
Presin
Direccin
RECORRIDO EXTERIOR
BOLA
La habilidad de deformarse elsticamente millones deveces es la llave para el xito de un rodamiento rgido debolas.
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La Curva de Stribeck
Una herramienta til para ver la formacin de pelculas
lubricantes fue desarrollada en 1902 por Stribeck. Una curvaque compara la friccin y un parmetro adimensional basado enla velocidad, acabado superficial y carga en el cojinete, y laviscosidad del lubricante.
l=1l=4
Velocidad * Viscosidad
Carga*Rugosidad Superficial
Friccin
Lmit
e
Mixta
Completa
Cambios en 4 parmetrosafectara la friccin y el
espesor de pelculalubricante de acuerdo a lafrmula indicada abajo.
Rgimen de Lubricacin y la curva de
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Rgimen de Lubricacin y la curva de
Stribeck
Limite
Mixta
Completa
Zona de Desgaste
Friccin
l=1l=4
Velocidad * ViscosidadCarga*Rugosidad Superficial
Nosotros llamamos a lasregiones lmite y mixta, lasregiones de desgaste pues las
se establece contacto entre las
asperezas.
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0 RPM
Metales de Bancada Eje Cigeal
En el reposo, elCigeal descansa enla capa inferior delmetal de bancada.
Friccin
Velocidad * ViscosidadCarga*Rugosidad Superficial
l=1 l=4
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Metales de Bancada Eje Cigeal
2 RPM
Friccin
En el arranque, se tiene
una lubricacin lmite.Se produce el mayordesgaste.
l=1 l=4
Velocidad * ViscosidadCarga*Rugosidad Superficial
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Metales de Bancada Eje Cigeal
600 RPM
Friccin
Una vez puesto en marcha el motor,
los metales se mueven rpidamentede lubricacin mixta al rgimenhidrodinmico de lubricacincompleta. El cojinete ya no soportaaltas cargas.
l=1 l=4
Velocidad * ViscosidadCarga*Rugosidad Superficial
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Metales de Bancada Eje Cigeal
2000 RPM
Friccin
A velocidades regulares, el
metal se encuentra en elrgimen hidrodinmico, ypuede soportar cargasnormales del motor.
l=1
l=4
Velocidad * ViscosidadCarga*Rugosidad Superficial
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Metales de Bancada Eje Cigeal
8000 RPM
Friccin
A altas velocidades , el metal es
totalmente hidrodinmico.Aumentos de velocidad sologeneran incrementos de friccininterna.
l=1l=4
Velocidad * ViscosidadCarga*Rugosidad Superficial
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Metales de Bancada Eje Cigeal
2000 RPM
Friccin
A velocidades regulares, se
puede ver el efecto de lacarga en el rodamiento en elespesor de pelcula y lafriccin.
l=1
l=4
Velocidad * ViscosidadCarga*Rugosidad Superficial
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Metales de Bancada Eje Cigeal
2000 RPM
Friccin
Cuando el metal es cargado,
el espesor de capalubricante disminuye, peroes aun una lubricacincompleta.
l=1
l=4
Velocidad * ViscosidadCarga*Rugosidad Superficial
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Metal de Bancada Eje Cigeal
2000 RPM
Friccin
Si las cargas son excesivas la
capa puede ser reducida a mixtao lmite y se produce desgasteextremo, que podra conducir ala falla del elemento.
l=1
l=4
Velocidad * ViscosidadCarga*Rugosidad Superficial
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Resumen
El objetivo de una buena lubricacin es separar las partes metlicas de componentesreduciendo la friccin y por ende el desgaste y esto se logra con una pelculacompleta de lubricacin.Tres Regimenes de lubricacin:
LmiteContacto sperodesgaste potencialmente perjudicial.MixtoCarga soportada por el metal y el lubricante.Capa CompletaCarga soportada totalmente por el lubricantepoco o nada dedesgaste.
Tipos de Capa CompletaAlta Conformidad HidrodinmicaBaja ConformidadElasto-Hidrodinmica (EHL)
Mixta y Lmite requieren performance de aditivos para asegurar desgaste
Cargas ModeradasZDDP Anti-desgasteAltas cargasSulfuro / Fsforo (Extrema Presin)La curva Stribeck es una herramienta til para visualizar la lubricacin decomponentes de mquinas.
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Preguntas?