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1
Ago

Cómo y por qué se desgastan las máquinas

Seguramente ha escuchado la expresión: Solo hay dos cosas seguras en la vida, la muerte y los impuestos. Algunos han sugerido que lo mismo aplica a la maquinaria. Todos sabemos que si una máquina genera un beneficio, se impondrán impuestos sobre ese beneficio. Pero ¿qué hay de la muerte? ¿La mortalidad de la máquina también es inevitable?

Veamos más de cerca. Según el profesor emérito y célebre tribólogo Ernest Rabinowicz del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), hay tres cosas que hacen que las máquinas pierdan su utilidad: La obsolescencia, los accidentes y la degradación de la superficie.

Sin lugar a dudas, la obsolescencia es fundamental para la evolución de la ingeniería y la tecnología. Lo viejo debe dar paso a lo nuevo. Sin embargo, algunos inventos tienen ciclos de vida útil muy largos, por ejemplo, la grasera. Su diseño ha cambiado poco desde que Oscar Zerk la inventó a principios de la década de 1920, pero hasta el día de hoy se usa ampliamente.

Por otro lado, el automóvil es dinámico y está en constante cambio. Mientras que los autos clásicos continúan perpetuamente, la mayoría de los automóviles enfrentan una obsolescencia práctica mucho antes de ser funcionalmente inoperables.

Los accidentes y otras formas de eventos en donde los humanos tenemos algo que ver también pueden poner una máquina en peligro inminente. Dos máquinas idénticas que trabajan en ambientes operativos idénticos, pero que son operados por dos personas diferentes, pueden mostrar una confiabilidad y una vida útil muy distintas. Las diferencias son típicamente inducidas por el operador (humano). Las fallas con factores humanos también se aplican a los errores en el diseño y fabricación de la maquinaria. En esta misma categoría se encuentran los accidentes causados ​​por la naturaleza (tornados, terremotos, inundaciones, etc.) y otros eventos aleatorios.

La tercera razón por la cual las máquinas pierden su utilidad, según Rabinowicz, se relaciona con el mundo de la tribología (el estudio del desgaste, la fricción y la lubricación). Esto se describe como degradación de la superficie, que puede dividirse en degradación química (corrosión) y desgaste mecánico.

La protección de las superficies internas de una máquina contra daños químicos (20 por ciento) se ve afectada en gran medida por condiciones que son controlables. Considere las siguientes causas de daño químico y el potencial para su control o intervención mediante prácticas de mantenimiento:

  • Lubricantes con inhibidores de corrosión tipo barrera ineficaces o agotados
  • Lubricantes propensos a la oxidación rápida (productores de ácido)
  • Lubricantes de motor con reserva alcalina afectada (neutralizadores de ácidos)
  • Intervalos de cambio de aceite demasiado extendidos
  • Contaminación del aceite con agua o ácidos del ambiente de trabajo.
  • Crecimiento descontrolado de contaminación biológica
  • Humedad en el espacio superior en tanques, sumideros y otros compartimentos de lubricación
  • Temperaturas de operación extremadamente altas
  • Uso indebido de aditivos antidesgaste químicamente agresivos (EP, etc.)
  • Preservación inadecuada de maquinaria almacenada o equipo de reserva; agentes protectores contra la humedad y corrosión
  • Lubricantes incompatibles con sellos, productos químicos de proceso, metalurgia de máquinas o tratamientos de la superficie.

La degradación mecánica de la superficie se subdivide en abrasión, fatiga y adhesión (por simplicidad, se excluyeron los modos de desgaste menos comunes). Echemos un vistazo más de cerca a estos tres modos de desgaste destructivo de la superficie que corresponden aproximadamente al 50 por ciento del porqué las máquinas se retiren del servicio. Más específicamente, examinemos en qué medida esta destrucción interna se puede controlar, o incluso detener.

Abrasión de dos cuerpos

Quizás de un 20 a 30 por ciento de todo el desgaste abrasivo sea de dos cuerpos. En este caso, dos superficies (cuerpos) se deslizan una contra la otra, como un eje que gira dentro de un cojinete plano estacionario. Las asperezas (puntos altos) de la superficie más dura (eje) tienden a rasgar o raspar la superficie más blanda (cojinete), como su fuese una lima.

¿Se puede controlar esto? No en todos los casos, pero en la mayoría de los casos, probablemente sí. Todo lo que se necesita es que se genere una película de aceite gruesa. Esto puede diseñarse en la máquina, por ejemplo, mediante la selección adecuada de la configuración y el tamaño del rodamiento.

La temperatura de operación y la viscosidad del lubricante también afectan el espesor de la película. Así también, condiciones mecánicas importantes, como el desalineamiento, el desbalanceo, la sobrecarga, los arranques en seco y las reducciones bruscas de velocidad desempeñan un papel vital y generalmente son controlables.

Abrasión de tres cuerpos

Cuando se permite que un cuerpo extraño sólido se interponga entre dos superficies en un movimiento de deslizamiento relativo, puede ocurrir una forma más severa y común de destrucción de la superficie. Este cuerpo extraño, por supuesto, es una partícula dura en el rango de tamaño igual al espesor de la película de aceite. Estas partículas, típicamente invisibles a simple vista, tienen el potencial de ser masivamente destructivas.

Una partícula del tamaño correcto puede funcionar como una herramienta microscópica de corte para producir surcos en la superficie opuesta. Sin embargo, a diferencia de la abrasión de dos cuerpos, en la cual la superficie suave desempeña un rol de sacrificio, en la abrasión de tres cuerpos la partícula puede infligir un daño igual tanto en las superficies duras como en las suaves. Algunos investigadores afirman que la abrasión de tres cuerpos es responsable de hasta el 80 por ciento de todo el desgaste en la maquinaria.

¿Se puede controlar la abrasión de tres cuerpos? Absolutamente. La gran mayoría de las partículas microscópicas se originan como polvo del terreno, presente en el aire. Cuando se permite que los contaminantes transportados por el aire ingresen en la máquina y se mezclen con el aceite o la grasa, se produce una falla por factor humano, porque estas partículas destructivas no son parte de la lista de materiales original de la máquina. Se les permitió ingresar durante la operación, a menudo debido a negligencia y malas prácticas de mantenimiento. Con el tiempo, un aceite puede convertirse en un compuesto para pulir más que en un medio lubricante. Se ha publicado mucho sobre cómo excluir la contaminación de los lubricantes y fluidos hidráulicos de la maquinaria.

Fatiga

La fatiga es un término amplio que puede relacionarse con la fatiga por flexión (por ejemplo, un diente de un engranaje) en una escala macro o la fatiga por contacto (por ejemplo, picaduras) en una escala micro. Este último es el caso dominante y ocurre típicamente en los contactos rodantes, como en la línea de paso de los dientes de los engranes y en la zona de carga de las pistas de rodadura del rodamiento. Por lo general, inicia como micro picaduras y luego avanza a macro picaduras. La etapa final sería pozos destructivos grandes o desconchado.

La fatiga por contacto es mayor cuando se permite que las cargas se concentren en las asperezas de la superficie, dentados o abolladuras y donde las partículas quedan atrapadas entre las superficies bajo carga. La fatiga de la superficie está influenciada por numerosas condiciones, como la rugosidad de la superficie, la dureza de la superficie, la viscosidad, el coeficiente de presión-viscosidad del fluido, las cargas y velocidades de operación, la contaminación con agua y la concentración de partículas (tamaño y cantidad).

Con pocas excepciones, la mayoría de estas condiciones se encuentran dentro del ámbito controlable, ya sea en la etapa de diseño de la máquina o en la etapa de operación y mantenimiento. Un importante fabricante de rodamientos ha declarado que sus rodamientos “pueden tener una vida infinita cuando se eliminan del aceite las partículas más grandes que la película lubricante”.

Desgaste adhesivo

A diferencia de la fatiga de superficie, que toma tiempo para iniciar, el desgaste adhesivo puede ocurrir inmediatamente. Bajo condiciones severas de deslizamiento a película límite, las superficies de metales similares pueden literalmente soldarse. Las máquinas altamente cargadas y que se mueven lentamente son las más propensas al desgaste adhesivo, especialmente si las superficies se deslizan una distancia considerable generando calor por fricción (por ejemplo, los dientes de engranajes con gran área de contacto).

También conocido como rasgado, desgarramiento y deslizamiento severo, el desgaste adhesivo puede ser el menos controlable si lo comparamos con la fatiga por contacto y la abrasión. Más a menudo es la cantidad o la tasa de desgaste la que es más controlable. Cuando las máquinas están bien diseñadas, bien fabricadas, se ponen en servicio adecuadamente y se operan dentro de las cargas y velocidades nominales, el desgaste adhesivo suele ser mínimo.

Sin embargo, cuando las cargas son extremadamente altas, puede ser necesario utilizar aditivos antidesgaste (AW) y extrema presión (EP) activos en la superficie, o lubricantes sólidos (borato, disulfuro de molibdeno, grafito, etc.).

Las máquinas no mueren simplemente… Son asesinadas

Para algunas máquinas, tratar de detener el progreso del desgaste es como tratar de desafiar la gravedad. No podemos escapar de lo inevitable. Muchas máquinas quizás ya están en terapia intensiva, han ido demasiado lejos. Sin embargo, esto es sólo para algunas máquinas, no para todas.

Un alto porcentaje de las máquinas lubricadas en servicio normal puede tener una vida útil aparentemente infinita. Son menos propensas al desgaste y a la falla cuando están bien mantenidas. Esto se debe a las muchas razones que acabamos de analizar en relación con el ambiente y las condiciones de operación (contexto operacional) al que exponemos las superficies de nuestra maquinaria.

Probablemente haya escuchado la palabra “riesgo”, que se define como la probabilidad de falla multiplicada por la consecuencia de la falla. Cuando se trata de la confiabilidad de la maquinaria, la consecuencia de una falla puede no estar dentro del control práctico, pero la probabilidad de falla sí.

Hemos hablado acerca del impacto vital del factor humano en la confiabilidad de la maquinaria. La frecuencia de las fallas por factores humanos tiende a ser inversamente proporcional a aspectos tales como la capacitación, los indicadores de desempeño y la cultura de confiabilidad.

Considere esto; recientemente escuché a un gerente mencionar que el mantenimiento tiene dos problemas:

  1. Falló porque no trabajamos en el activo.
  2. Falló porque trabajamos en el activo.

Esta es la paradoja del mantenimiento, sin duda. Cualquier persona en el campo del mantenimiento probablemente lo haya experimentado de primera mano. Sin embargo, la respuesta para resolver la paradoja se encuentra en su interior, simplemente replanteando los dos problemas de la siguiente manera:

  1. Falló porque no sabíamos cómo evitar que fallara. O falló porque no sabíamos que estaba fallando y, por lo tanto, no trabajamos en él.
  2. Falló porque no sabíamos que no estaba fallando y de todos modos le metimos mano. O falló porque no sabíamos cómo trabajar en él y provocamos la falla.

“No sabíamos” es la frase común en las declaraciones anteriores. También es controlable, como el desgaste, pero solo cuando se toma una iniciativa para capacitar a las organizaciones de mantenimiento a través del conocimiento. Para obtener más información sobre este tema, consulte el artículo sobre el costo oculto de la mano de obra no educada “La educación es la clave para obtener el mayor provecho de su programa de lubricación”.

Asi que… No, no se supone que las máquinas se desgasten. Sin embargo, a menudo lo hacen, y si investiga la causa, es probable que encuentre que en realidad fueron asesinadas. Si sigue la pista de la causa raíz, es probable que encuentre una pistola humeante en manos de una o más personas bien intencionadas (operador, mecánico, técnico, ingeniero, etc.) que simplemente no sabía cómo hacer un buen trabajo.

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