1. presentación sobre tribología

8/12/2019 1. Presentacin sobre Tribologa

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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


l=1 l=4


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2 RPM

Friccin

En el arranque, se tiene

una lubricacin lmite.Se produce el mayordesgaste.

l=1 l=4



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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



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2000 RPM

Friccin

A velocidades regulares, el

metal se encuentra en elrgimen hidrodinmico, ypuede soportar cargasnormales del motor.

l=1

l=4



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8000 RPM

Friccin

A altas velocidades , el metal es

totalmente hidrodinmico.Aumentos de velocidad sologeneran incrementos de friccininterna.

l=1l=4



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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



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2000 RPM

Friccin

Cuando el metal es cargado,

el espesor de capalubricante disminuye, peroes aun una lubricacincompleta.

l=1

l=4



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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



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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?

1. presentación sobre tribología

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