INTRODUCCIÓN

Con el ánimo de hacer de nuestra nota semanal un punto de encuentro con el conocimiento que los suscriptores de INGELUB tengan sobre el campo de la lubricación y de la Tribología, queremos aprovechar el articulo publicado FALLA DE UN REDUCTOR DE VELOCIDAD DE 500 CV publicado el 17 de junio de 2002 para organizar un panel técnico de discusión, donde el suscriptor que desee puede opinar y formular los planteamientos que considere necesarios para aclarar ó aportarle al análisis de falla de los componentes del reductor de velocidad. La metodología consiste en plantear por parte de INGELUB una serie de preguntas sobre la falla del reductor de velocidad y las personas que deseen participar envían sus respuestas y comentarios los cuales serán publicados tal y como se reciban en las siguientes tres notas semanales de INGELUB. Si alguien quiere plantear una nueva pregunta que considere necesaria sobre algún tópico que no se tuvo en cuenta puede hacerlo.

El reductor de velocidad de 500 CV está constituido por un par de engranajes doblemente helicoidales y el de mayor diámetro salpica el aceite que se encuentra alojado en el carter del reductor de velocidad lubricando tanto los engranajes como los rodamientos de rodillos cónicos que soportan los dos ejes. Con el fin de reducir la temperatura de operación del reductor de velocidad a 50°C (sin el sistema de enfriamiento de aceite era de 120°C) y garantizar de esta manera que se va a alcanzar la vida disponible de 170.000 horas de operación especificada por el fabricante, se diseñó, fabricó y se montó un sistema centralizado de lubricación que permite bañar permanentemente los rodamientos y engranajes con un flujo de aceite de 6 gpm a una temperatura entrada de 40°C. El aceite sintético que se utiliza en la lubricación del reductor de velocidad es el Uconall 68 del tipo Polyalkileneglicol.

El sistema centralizado de lubricación está constituido por un depósito de aceite, dos bombas de piñones, dos filtros, dos enfriadores, una válvula de seguridad, una válvula para el control de flujo de aceite, tuberías, manómetros e indicadores de presión. Inicialmente el aceite es succionado del depósito por la bomba de piñones principal, la cual lo hace fluir a través del filtro de aceite y del enfriador y de allí hasta el reductor de velocidad. Una vez que el aceite refrigera los rodamientos y engranajes del reductor de velocidad retorna al depósito de aceite a través de la tubería de drenaje. Un sistema de rebose de aceite a la salida del reductor de velocidad garantiza que si en un momento dado no fluye el aceite desde el depósito, el reductor de velocidad no se quede sin aceite y permita hacer los correctivos que sean necesarios.

La falla de los engranajes se presentó por alta temperatura en el reductor de velocidad ocasionada porque el filtro que estaba en servicio se taponó impidiendo el paso del aceite hasta los rodamientos y engranajes y dando lugar que el aceite se devolviera al depósito de aceite a través de la válvula de seguridad colocada en la descarga de las bombas de piñones. La señal de alta temperatura en los rodamientos del reductor de velocidad estaba fuera de servicio, los filtros internamente no cuentan con válvula de seguridad que permita que el aceite pase a través de ellas cuando los filtros se taponen y en la tubería de entrada de aceite al reductor de velocidad no hay un switche de baja presión que le indique al operador de planta que el flujo de aceite al reductor de velocidad quedó interrumpido.

Dentro del análisis de falla que se le hizo a los problemas que se presentaron en el reductor de velocidad vale la pena ampliar los siguientes tópicos con el aporte de las personas que deseen participar:

1. Los rodamientos de rodillos cónicos de apoyo de los ejes de los engranajes son más susceptibles de fallar que los engranajes debido a que las tolerancias entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura son menores que las de los engranajes y las condiciones de lubricación son de película fluida mientras que en los engranajes son EHL, sin embargo, la falla por alta temperatura se produjo solamente en los engranajes. Cuál es la razón para que esto se halla presentado de esta manera y en todos los casos donde el problema sea de alta temperatura y no de desgaste adhesivo por falta de lubricación será lo mismo?

2.El desgaste adhesivo en los flancos de los dientes del piñón (alta velocidad) presentaban un flujo plástico crítico hacia la parte exterior de los dientes sin presentar rotura de los mismos, mientras que en los del engranaje (baja velocidad) presentaban un flujo plástico crítico hacia el diámetro de paso sin presentar rotura de dientes. Cuál puede ser la causa para que el flujo plástico se presente de manera diferente en elpiñón y en el engranaje?

3. Qué influencia tiene la temperatura en la curva esfuerzo que hace que la capacidad de carga del material de los engranajes se vea reducida hasta tal punto que los flancos de los dientes se deforman plásticamente?

4. Con el fin de evitar que se presenten fallas en reductores de velocidad que cuentan con sistemas de lubricación ó de enfriamiento con filtros de aceite, es más recomendable optar por no colocar filtros de aceite en las tuberías de suministro de aceite a los engranajes y rodamientos. Será qué es más el daño que en un momento pueden ocasionar los filtros de aceite cuando se taponan que los benéficos que pueden traer para la vida disponible de los elementos lubricados?

5. Las fallas por desgaste adhesivo en los elementos lubricados, finalmente se presenta por rompimiento de la película lubricante que conduce a que los picos más sobresalientes de las micro rugosidades se suelden, se fracturen, generen calor hasta que finalmente se agarrotan dando lugar a la falla catastrófica del elemento lubricado. La rotura de la película lubricante se puede presentar por escasa lubricación en el elemento lubricado ó por adelgazamiento del espesor de la película lubricante ya sea por incremento de la temperatura de operación ó por contaminación del aceite utilizado con otro de menor viscosidad ó con un combustible. Desde el punto de vista del análisis y de la observación del elemento que fallo será posible en la práctica distinguir entre una falla por incremento en la temperatura de operación y aquella que se presenta por falta de flujo de aceite ó de lubricación ?.

Las personas que deseen plantear otras preguntas lo pueden hacer y se publicarán en la próxima nota semanal. Los comentarios que se hagan acerca de las preguntas planteadas pueden estar basados en la práctica diaria de la lubricación ó fundamentados en procedimientos matemáticos que el participante haya desarrollado ó esté investigando. De la misma manera, dichos comentarios, una vez que hayan sido publicados podrán ser refutados ó complementados por otra persona.

La lubricación, entendida como elemento indispensable para facilitar el movimiento entre dos cuerpos en movimiento relativo, en sus comienzos, hace ya más de 5.000 años estuvo basada en procesos empíricos que obedecían más a la lógica y a la razón que a cualquier proceso científico, era considerada entonces un arte donde la suspicacia de las personas era fundamental para el logro de sustancias que permitieran reducir la fricción, controlar el desgaste y disminuir el esfuerzo tanto de los seres humanos como de los animales que eran utilizados para empujar las pesadas carretas de ese entonces (que entre otras cosas, las ruedas de las carretas más primitivas eran construidas de piedra). Desde 1.884, cuando se refinó el primer barril de petróleo en los Estados Unidos y el ferrocarril en Inglaterra presentaba un buen nivel de desarrollo tecnológico pero con problemas críticos de desgaste en los cojinetes de los ejes de las ruedas, se planteó por primera vez la necesidad de contar con procedimientos matemáticos que permitieran calcular la viscosidad de una manera más precisa y que el tipo de lubricante a utilizar no fuera fruto del azar. Los grandes logros que se han alcanzado en lubricación y hoy en día en Tribología han sido el resultado del aporte de miles de personas que a lo largo de los años han expresado sus inquietudes sobre el tema, lo han estudiado y lo han implementado de la mejor manera posible, acercándose cada día más al objetivo de poder contar con el lubricante ideal que sea amigable al ambiente, que no cambie su viscosidad con la temperatura y que garantice que las pérdidas por fricción sean cero. Esperamos contar con el mayor número posible de participantes en el panel propuesto y de esta manera aportarle sus grandes experiencias al logro del mejoramiento de los procesos de lubricación y Tribología en América Latina y en el mundo. ANIMO AMIGOS DE LA TRIBOLOGIA, NO NOS QUEDEMOS SIN OPINAR, APROVECHEMOS ESTA EXCELENTE OPORTUNIDAD PARA HACERLO!

Los años 90´s pasaron a la historia como la década en que los principios fundamentales del trato humano estaban basados en la tolerancia para lograr que la convivencia entre las personas, que de una u otra manera tenían que interactuar durante periodos de tiempo prolongados como es el caso, por ejemplo, del personal de mantenimiento ó de producción de las empresas, permitieran relaciones cordiales que se reflejaran en un mayor incremento de la productividad de las mismas y por lo tanto poder competir en un mundo cada vez más difícil y globalizado. Ser tolerantes ha dado su fruto en la mayoría de los casos, en unos pocos, se ha prestado para interpretaciones de debilidad por parte de aquellas personas que lideran algún tipo de proceso conduciendo finalmente al fracaso de los mismos por los enfrentamientos que ha suscitado entre sus miembros. De todas maneras cada día se habla más de la tolerancia dentro de los límites que ello implica, ser ó no tolerantes de una u otra manera conduce a que las empresas sigan produciendo y sus productos se sigan vendiendo en los mercados nacionales e internacionales, caso contrario ocurre con las máquinas, en las cuales la tolerancia conllevaría al cierre definitivo de las empresas.

No obstante a sabiendas de que si toleramos que una máquina opere, por ejemplo una bomba centrífuga, con altos valores de vibración, se van a dañar los rodamientos, el sello mecánico, los anillos de desgaste, el impulsor, etc; lo continuamos haciendo, en muchos casos presionados por los índices de producción con los cuales se debe cumplir sea como sea. Estos casos podrían "justificarse" mientras no se atente contra la seguridad de las personas que estén cerca de las máquinas que operan en condiciones anormales; pero lo que no tiene justificación, es que pudiendo corregir un problema mecánico en una máquina se tolere que continúe trabajando con factores de riesgo que pueden conllevar a su inminente destrucción.

Vale la pena comentar el siguiente caso que ocurrió recientemente en una planta industrial en la cual por ser tolerantes, implicó un alto lucro cesante para la empresa. El ventilador de una caldera de tiro inducido es accionado por un reductor de velocidad que recibe la potencia de una turbina de vapor de 700 CV; el reductor de velocidad reduce la velocidad de la turbina de vapor de 3.600 rpm a 450 rpm; se lubrica por salpique pero adicionalmente cuenta con un sistema centralizado de enfriamiento de aceite, cuya bomba de aceite hace fluir hasta los engranajes y rodamientos un flujo de aceite de 3 gpm a una temperatura de 40°C. El aceite una vez que refrigera los componentes internos del reductor de velocidad, regresa por un sistema de rebose hasta el depósito de aceite del sistema centralizado de lubricación. El sistema de rebose de aceite es un tubo vertical de 1" de diámetro localizado dentro de otro tubo de 2" de diámetro, montado en el drenaje de aceite del carter del reductor de velocidad y cuya altura es tal que si en un momento dado la bomba del sistema centralizado de lubricación fallara, garantice el nivel de aceite correcto y no se presente una falla catastrófica del reductor de velocidad. En la tubería de llegada de aceite al reductor de velocidad hay un switche de baja presión cuya señal va al cuarto de control y le indica al operador, cuando la presión sea mínimo de 3 psi, que hay problemas de flujo de aceite y por lo tanto debe llevar a cabo los correctivos que sean necesarios ó en caso contrario sacar de servicio la turbina de vapor e inspeccionar el funcionamiento del sistema centralizado de enfriamiento de aceite.

Un día cualquiera, el switche de baja presión se dañó, y por tolerantes no se mandó reparar. Luego de varios días de operación del reductor de velocidad, el tubo de rebose de 1" se taponó parcialmente lo cual impedía que el aceite retornara al depósito de aceite del sistema centralizado de enfriamiento a la misma rata con la cual estaba llegando al reductor de velocidad, esto es a 3 gpm, haciendo que cuando el engranaje salpicara el aceite, parte de éste se saliera por el tubo de ventilación, propiciando problemas de alta temperatura en el reductor de velocidad, consumo de aceite, salpique de aceite en el área cercana al equipo y elevada formación de espuma en el aceite la cual podría implicar problemas de desgaste adhesivo en los componentes lubricados por rompimiento de la película lubricante. Debido a este problema, el supervisor de mantenimiento optó por reducir la altura del tubo de rebose de 1" de diámetro, logrando con esto eliminar la salida de aceite por el tubo de ventilación, debido a que el engranaje salpicaba menos cantidad de aceite. En este caso, mientras la bomba del sistema centralizado de enfriamiento de aceite trabajara correctamente no habría problemas con los elementos lubricados ya que el aceite suministrado por la bomba los bañaba permanentemente. Un día cualquiera, diferente al primero cuando falló el switche de baja presión, el motor eléctrico de la bomba del sistema centralizado de enfriamiento de aceite se daño y como el tubo de rebose de 1" estaba más abajo que el nivel mínimo recomendado de aceite que el reductor de velocidad debía tener, el engranaje no alcanzó a salpicar aceite produciendo la falla catastrófica de los engranajes y rodamientos del reductor de velocidad.

Si no hubieran sido tolerantes con el switchje de baja presión de aceite y lo hubieran arreglado de manera inmediata, el reductor de velocidad de U$40.000 dólares no se hubiera dañado y los U$100.000 dólares de lucro cesante por sacar de servicio la caldera y por lo tanto los dos generadores de 30 megavatios cada uno que requerían del vapor generado por ella para poder trabajar, no hubieran implicado una drástica reducción de la productividad de la planta. LA TOLERANCIA ES APLICABLE A LOS SERES HUMANOS PERO NO SE PUEDE HACER EXTENSIVA A LAS MAQUINAS.