Implantar un programa "Top" de Lubricación (I)

 Mejorar el proceso de lubricación es clave para aumentar la fiabilidad y la vida útil de los activos, esto se debe a que son procesos de relativamente bajo coste pero que tienen un alto impacto en la vida útil de estos.

 En este post y los siguientes se van a proponer unas medidas que pretenden ser los pilares de un programa de lubricación que podríamos definir como "TOP".

1. Formación, es la medida más barata de implantar pero a la vez la de mayor impacto, un buen programa de lubricación requiere proporcionar formación a todos los niveles de la organización, ya sean operarios, técnicos, supervisores e ingenieros; y con diferentes grados de profundidad debe incluir los siguientes temas:

• Tribología que incluya conocimientos sobre fricción (Leyes de Amonton), desgaste (ISO 15243:2004) y lubricación (formulaciones, propiedades y curva de Stribeck).

• Limpieza que incluya conocimientos de los códigos de limpieza (ISO 4406:1999), filtración, flusing, almacenamiento y manipulación de lubricantes. 

• Aplicaciones concretas en la instalación como pueden ser fluidos hidráulicos, lubricantes para reductores, aceites de circulación, lubricantes para motores... incluyendo nociones de cálculo de viscosidad y cantidades de rellenos, nórmas aplicables (como NSF o biodegradabilidad si procede), compatibilidades entre productos y de estos con otros componentes, como juntas o recubrimientos; y análisis de fallos.

• Análisis de lubricantes tanto en los referente a la toma de muestras como a la interpretación básica de los resultados, ya sea de análisis cuantitativos como análisis cualitativos de campo.

• Seguridad y salud en la manipulación de lubricantes, destacando la interpretación de las fichas de seguridad MSSD.

 Un ejemplo de curso podría ser este impartido en la Universidad Europea.

2. Almacenamiento y manipulación, un almacenamiento y una manipulación correcta asegura la larga duración del lubricante, evita tanto contaminaciones como errores de aplicación y aumenta la vida útil de los equipos en los que esta se aplica. Un buen plan de almacenamiento y manipulación debe incluir los siguientes aspectos:

• Almacén de lubricantes, los lubricantes se deben almacenar en interior, protegidos de la humedad, temperaturas extremas y ambientes polvorientos; pero a la vez minimizando riesgos como los de incendios, emisiones y toxicidad. El diseño de un buen almacén de lubricantes es fundamental para crear un programa de lubricación y utilizar la metodología BIM en el diseño asegura buenos resutados también en plazos de construcción y control de costes.

• Envases para trasvase de lubricantes, la utilización de envases específicos y exclusivos para este fin, que permitan transportarlos de forma limpia y segura, evitando contaminaciones y errores de aplicación. 

• Identificación, una identificación correcta permite eliminar errores de aplicación y optimizar el stock de almacén, debe incluir a los bidones, envases de travase y puntos de aplicación, mejor si utiliza códigos de colores u otros poka-yoke que minimicen errores. Una buena práctica es identificar en base al tipo de lubricante y aplicación, permitiendo cambiar facilmente de proveedor de lubricantes

• Filtración inicial, no se debe dar por hecho que el lubricante nuevo tenga el nivel de limpieza requerido, es una buena práctica comprobar el nivel de limpieza del lubricante nuevo y filtrarlo antes de utilizarlo en os casos en los que sea necesario; para ese fin se puede disponer de sistemas de filtración adosados en los contenedores de lubricante o de sistémas portátiles que se trasladen a los equipos y se utilicen en el momento de llenar el cárter.

• Sistemas de lubricación centralizada, los sistemas centralizados minimizan errores de aplicación, tanto en el tipo de producto como en las cantidades a utilizar, y garantizan el nivel de limpieza; además ahorran tiempo y producto en la aplicación de los lubricantes, sobre todo con sistemas MQL. Se pueden utilizar como referencias las normas API 610 y API 614 / ISO 10438, y se deben utilizar metodologías de diseño CAD 3D. 

Introducción a la Tribología y la Lubricación

Denominamos Tribología a la ciencia que estudia los mecanismos de fricción, lubricación y desgaste entre dos superficies en movimiento relativo.

 Un Sistema Tribológico transforma unas variables de entrada, que son tipo de movimiento, carga, velocidad y temperatura, mediante unas variables de alteración como son material y geometría de las superficies y el medio de interacción entre ellas en variables de salida que son fuerza, par, velocidad y energía y unas pérdidas que son fricción y desgaste.

Podemos definir Fricción como la resistencia al movimiento de un cuerpo deslizando sobre otro, la fricción cumple con las siguientes leyes, enunciadas por Guillaume Amontons:

1ª Ley: La fuerza de fricción es proporcional a la carga aplicada.

2ª Ley: La fuerza de fricción es independiente al área aparente de contacto.

3ª Ley (o Ley de Coulomb): La fuerza de fricción es independiente a la velocidad de deslizamiento. 

De modo general, la fuerza de fricción F se define como el producto de la carga normal al plano N y el coeficiente de fricción m. El coeficiente de fricción estática puede ser superior al de la fricción cinemática.

Los mecanismos que están involucrados en la generación de fricción son los siguientes:

1.   Adhesión.

2.   Interacciones mecánicas entre las superficies.

3.   Formación de surcos en una superficie por asperezas de la otra.

4.   Deformación y/o fractura de capas superficiales.

5. Interferencias y deformaciones plásticas causadas por un tercer elemento, principalmente aglomeración de partículas de desgaste entre las superficies en movimiento.

Respecto al Desgaste, lo podemos definir como la sucesión de sucesos a través de los cuales los átomos, productos resultantes de la conversión química, fragmentos, etc. son inducidos a abandonar el sistema. 

  El desgaste se puede clasificar en estos tipos:

· Desgaste Abrasivo: por presencia de partículas duras sobre un objeto más blando.

· Desgaste Adhesivo: por formación de microsoldaduras inmediatamente seguidas de sus roturas, y transferencias de material de una superficie a otra, durante el movimiento de las superficies.

· Desgaste por Reacciones Químicas: Principalmente corrosión, herrumbre y oxidación, producidas por la reacción entre el material y un agente corrosivo, que puede ser un agente químico, un lubricante, agua o incluso el aire.

· Desgaste por Fatiga: Por deformaciones sostenidas en las capas superficiales de superficies opuestas, acompañadas por grandes tensiones locales muy repetitivas.

· Desgaste Erosivo: Producido por el impacto de pequeñas partículas sólidas o líquidas sobre un objeto.

· Desgaste Electro-Corrosivo: Producido por el paso de corriente eléctrica entre dos superficies a través del lubricante. También puede deberse a la formación de arco eléctrico, por elevación de voltaje, en la superficie metálica. 

· Desgaste por Fretting: Producidos por deslizamientos sucesivos, de baja amplitud, entre superficies de contacto durante un gran número de ciclos. También se denomina pulido si está acompañado de micropartículas. 

· Desgaste por Cavitación: Por la formación y colapso cíclico de burbujas sobre una superficie sólida en contacto con un fluido.

Cualquier procedimiento que reduzca esta fricción y el desgaste se denomina Lubricación y cualquier material utilizado para este propósito se denomina Lubricante.

La característica principal de un lubricante es la Viscosidad, que podemos definir como la resistencia a fluir, y es la relación entre la tensión de cortadura sobre un fluido y la tasa de variación de la velocidad del fluido con respecto a la altura del fluido. Esta relación se denomina viscosidad absoluta, o viscosidad dinámica (h); al dividir esta viscosidad entre la densidad del fluido se obtiene la viscosidad cinemática (u).

Las formas en que un lubricante líquido puede reducir la fricción se denominan Regímenes de Lubricación y vienen definidos por la Curva de Stribeck, descrita por Richard Stribeck, que relaciona el Coeficiente de Fricción con el resultado de un parámetro resultante de multiplicar la viscosidad dinámica por la velocidad relativa del fluido dividido entre la carga normal sobre el objeto.

 (Curva de Stribeck, tomado de Wang, J. Encyclopedia of Tribology, Springer US, York 2013)

a. Lubricación Límite. El parámetro es muy bajo, lo que da como resultado una película lubricante muy fina, inferior a la rugosidad media de las superficies en contacto, por lo tanto no evita el contacto entre metales. En esta zona la fricción alcanza valores máximos. 

b. Lubricación Mixta. El parámetro es superior, dando como resultado una película lubricante fina, aproximadamente del mismo grosor que la rugosidad media, por lo que no garantiza que en algunos casos no haya contacto entre metales. En esta zona la fricción disminuye hasta aproximarse a su valor mínimo.

  

c. Lubricación Elastohidrodinámica (EHL). Se produce cuando el valor del parámetro es ligeramente superior dando como resultado una película lubricante tiene un grosor ligeramente superior a la rugosidad media. En estas condiciones se producen presiones Hertzianas que deforman de forma elástica las superficies metálicas, produciendo presiones puntuales extremadamente elevadas en el lubricante que producen un comportamiento no-newtoniano. La fricción alcanza un mínimo en este régimen de lubricación, que queda definido con la Ecuación de Cheng.

d. Lubricación Hidrodinámica. Se produce cuando el parámetro es superior dando como resultado un grosor de película lubricante muy superior a la rugosidad media, de manera que se impide el contacto entre las superficies metálicas. En esta zona el coeficiente de fricción aumenta de forma progresiva, su comportamiento que da definido por la Ecuación de Reynolds.

Además de estos regímenes se puede añadir la Lubricación Hidrostática en el que las superficies están completamente separadas por una película de un lubricante líquido o gaseoso mantenido entre las superficies por una presión externa.