martes, 28 de mayo de 2013

Los 5 conceptos Importantes que deberías Saber sobre la Lubricación de Máquinas y Motores. (I)

En este corto Post no pretendo desarrollar todas las teorías de lubricación que se estudian en las diferentes carreras de Ingeniería y que se tienen en cuenta en el diseño de máquinas y motores, sino tratar de aclarar algunos conceptos que nos ayuden a las personas que nos dedicamos a conducirlas o mantenerlas, a comprender los fenómenos de la fricción, desgaste y cómo tratar de disminuirlos, aplicando el lubricante en el lugar requerido, en la cantidad correcta y en el momento preciso.

Los 5 conceptos serían:

1) Tribología

2) Características y Funciones de un Lubricante 

3) Lubricación Hidrodinámica (fricción deslizante)

4) Lubricación Elasto-Hidrodinámica (fricción de rodado)

5) Lubricación de Película Mixta 

1) Tribología: Sus Fundamentos y cómo utilizarla en mantenimiento de máquinas y motores.

Un poco de historia

Cuando escuchamos la palabra Tribología podría parecer algo nuevo, pero solamente el término como tal lo es, ya que el interés en temas relacionados con  la disminución de la fricción o el desgaste entre dos partes en movimiento relativo existe  desde siempre.

Antes del nacimiento de la Tribología como ciencia no se trataba la disminución de la fricción y el desgaste como una práctica cotidiana y estos fenómenos los pensábamos en términos de “Lubricación” o “Ingeniería de Lubricación”.

El uso de la rueda desde el 3500 A.C., nos da cuenta del interés por reducir la fricción en movimientos de traslación. Los egipcios utilizaban agua o grasa animal como lubricante en el transporte de grandes bloques de piedra para la construcción de monumentos y pirámides lo que demuestra el conocimiento que tenían de la fricción y los lubricantes.

Leonardo Da Vinci fue el primero que postuló un acercamiento a la fricción deduciendo las leyes que gobernaban el movimiento de un bloque rectangular deslizándose sobre una superficie plana, aunque sus escritos no fueron publicados hasta cientos de años después de sus descubrimientos. También, fue el primero en introducir el concepto del coeficiente de fricción.

Fue el físico francés Guillaume Amontons  quien en 1699 redescubrió las leyes de la fricción al estudiar el deslizamiento entre dos superficies planas.

Newton, Coulomb, Hooke también aportaron conocimientos importantes para el desarrollo de esta ciencia.

Al surgir la Revolución Industrial el desarrollo tecnológico de la maquinaria para producción avanzó rápidamente. El uso de la potencia del vapor permitió nuevas técnicas de manufactura. En los inicios del siglo XX el conocimiento de todas las áreas de la tribología se expandió rápidamente.

A los investigadores de las ciencias de la ingeniería de comienzos del siglo XX les era muy difícil analizar la fricción como un fenómeno independiente de otros íntimamente relacionados con ella, como el desgaste y la lubricación, por lo que formaron la palabra Tribología a partir de dos raíces griegas tribos, que significa frotamiento o rozamiento y logía que viene a ser ciencia, por tanto la traducción literal sería “la ciencia del frotamiento”.  

La palabra Tribología apareció por primera vez a comienzos de los años 60's en el diccionario de la Universidad de Oxford; sin embargo, aún hoy para muchas personas es difícil acostumbrarse a esta palabra y aún mucho más poner en práctica sus principios fundamentales.

Cómo podríamos definirla

Se considera una ciencia interdisciplinaria que estudia los fenómenos relacionados con el transporte de carga a través de dos superficies en movimiento relativo donde se produce fricción, generando calor, pérdidas de energía y desgaste, y para contrarrestarlos se acude al uso de lubricantes.

Conjuga toda una serie de elementos importantes en el diseño, fabricación y operación de las máquinas y nos brinda herramientas que permiten seleccionar el sistema de lubricación y las características que debe poseer el lubricante para proteger en forma adecuada un equipo o elemento mecánico, teniendo en cuenta las condiciones de trabajo a que van a estar sometidas (velocidades, cargas, temperaturas, potencias, medio ambiente) y los tipos de materiales y superficies que van a estar en contacto.

Se centra en el estudio de tres fenómenos: 
        a)  La fricción entre dos cuerpos en movimiento
b)  El desgaste como efecto natural de este fenómeno
c)  La lubricación como un medio para evitar el desgaste 

La mayoría de las consecuencias de la fricción y el desgaste se consideran negativas, tales como el consumo de energía y la causa de las fallas mecánicas, sin embargo también existen beneficios fundamentales de la fricción y el desgaste. La interacción de los neumáticos y el piso por ejemplo o el zapato y el suelo, sin los cuales trasladarse sería imposible.

 La Tribología es quizás la ciencia de mayor trascendencia en la actualidad y lo será aún más en el futuro en la medida en que el hombre necesite ser más productivo.
 
La Tribología como una herramienta práctica
 
Los pioneros mundialmente reconocidos en utilizar con fines técnico-económicos los conceptos de la Tribología, fueron los ingleses, quienes diseñaron un plan de trabajo basado en el estudio de la fricción para reducir el desgaste y el consumo de energía en las máquinas, especialmente en el sector automotriz, por ser el de mayor incidencia sobre un alto porcentaje de la población.
 
De ahí en adelante como resultado de los grandes beneficios económicos obtenidos, la Tribología se empezó a utilizar para incrementar la productividad de los procesos industriales, lo cual trajo consigo una considerable reducción en los costos de mantenimiento, consumo de energía por fricción y materias primas.

Hoy, la conservación y mantenimiento de los equipos no se puede reducir al simple ejercicio de "aplicar un lubricante"; por el contrario, la eficiencia y la competitividad se basan en la mejora de los procesos y servicios, y el proceso de lubricación, por ser el que suministra la sangre vital para el funcionamiento de los equipos, merece la máxima atención.

La necesidad de utilizar la Tribología como una herramienta verdaderamente productiva se observa en aquellos casos en los cuales se pierden grandes capitales por efecto de la fricción, el desgaste y la lubricación incorrecta.

También como una forma ineludible de hacer Mantenimiento Proactivo en equipos y maquinarias.
 
Norberto Sánchez

miércoles, 22 de mayo de 2013

Consumo de aceite en Motores Diesel

¿Los motores consumen aceite? La respuesta es sí. Un cierto valor mínimo de consumo es necesario en todos los motores. El aceite lubrica los aros de pistón, los asientos y guías de válvulas, luego pasa a la cámara de combustión después de cumplir su función y se quema.

Una minoría de los problemas de consumo es debido a las características del aceite, como puede ser grado SAE de viscosidad demasiado bajo, alta volatilidad o el aceite contaminado.  

Los mayores  problemas son de naturaleza mecánica. A medida que el motor funciona y se desgasta aceptamos que éste aumenta, pero un consumo elevado con pocas horas de trabajo puede ser frustrante.  

El consumo es un parámetro más que debe controlarse o monitorearse como la presión de aceite, la temperatura del refrigerante, la presión de gases en el cárter, etc. 

Dejar que un motor funcione con un consumo elevado sin buscar las causas puede resultar en una corta vida y/o falla del mismo.  

¿Cuáles son los valores considerados normales o aceptables?
No hay una respuesta simple para esta pregunta. La respuesta debe darse en función del valor que el fabricante establece para este parámetro.
Muchos factores pueden contribuir al consumo de aceite:
Motivos del consumo y pérdida de aceite
 
Nivel demasiado alto de aceite en el cárter: En esas condiciones se producirá más batido de lo normal en el cárter, por lo que se lanzará demasiado aceite hacia las camisas de cilindros. Los pistones y los aros rasca-aceite, que están diseñados para controlar una cantidad normal o un aumento razonable del aceite, quedan superados al punto que algo de aceite escapa del laberinto de aros de pistón y pasa a la cámara de combustión, donde se quema. Así se produce un alto consumo de aceite.
 
Pérdidas por: tuberías de aceite, tapón del cárter, junta del cárter, junta de la tapa de válvulas o culata, junta de la bomba de aceite, junta de la bomba de combustible, junta de la tapa de distribución, retén de los cojinetes del árbol de levas, retenes de cigüeñal etc.
 
Admisión de aire Restringida: Una excesiva restricción en el sistema de admisión de aire aumentará el vacío y podrá aumentar el consumo de aceite (en forma similar al caso de las válvulas de admisión mal sincronizadas)- Un filtro de aire muy tapado es el mejor ejemplo de esta situación.
 
Dilución por combustible: Si el combustible no quemado ingresa al sistema de lubricación, el aceite perderá viscosidad y se tornará más volátil. Ambos efectos conducen a un aumento del consumo de aceite. El exceso de combustible se da por un inyector con fugas, un problema en la bomba de combustible, excesivo ralentí (marcha en vacío) o el sistema de admisión de aire restringido.

En la tabla siguiente podemos ver algunas de las Causas Más Frecuentes Del Alto Consumo De Aceite:
 

 Norberto Sánchez

viernes, 10 de mayo de 2013

Barcos muy especiales: Heavy Lift Carrier

Los buques tradicionalmente llamados Lift Carrier han sido buques utilizados para el transporte de yates, pequeñas embarcaciones de recreo y de algunos artefactos de dimensiones reducidas, o al menos limitadas a los medios de izada o deslizamiento disponibles en los muelles de embarque.

Los Heavy Lift Carrier  son los únicos barcos del mundo capaces de transportar plataformas petrolíferas, bases de comunicaciones e incluso hasta grandes navíos, como submarinos o destructores. Su particular diseño les permite soportar pesos superiores al de su propia estructura. 

Están diseñados de forma que pueden variar su calado, mediante el llenado de sus tanques de lastre, dentro de unos márgenes de hasta 16 metros. 

Manteniendo la estabilidad en todo momento, pueden cargar sobre sus cubiertas todo lo que se encuentre flotando sobre ellas. Para ello disponen de unos avanzados sistemas, que les permiten controlar todas las operaciones de lastrado necesarias para cambiar las condiciones del barco.

Los métodos de carga de este tipo de buques 

En primer lugar, el buque puede sumergirse y cargar sobre sus cubiertas todo tipo de mercancías flotantes (Flo-Flo); en segundo lugar puede embarcar carga rodada, estando atracado en un muelle y regulando su calado hasta dejar la cubierta al nivel del muelle (Ro-Ro); y por último las cargas pueden ser deslizadas sobre unos raíles de tierra hacia la cubierta (skidd on).

Cuando la carga es deslizada o rodada sobre sus cubiertas, es cuando no requieren la presencia de las torretas estabilizadoras en popa, por lo que pueden trabajar sin ellas y transportar cargas mayores. 

 
El rango de estas cargas varía desde los pequeños yates de 10 Tons hasta las gigantes y ultra-pesadas plataformas de 75.000 Tons que integran completamente la perforación y la producción.
 
Para este particular transporte han diseñado los buques de cubierta abierta (Open-Deck Vessel) una especialización de los semi-sumergibles clásicos.
 
Dockwise es la empresa líder en transporte pesado (Heavy Transport Shipping). Su campo de actividades abarca el diseño, la ingeniería, la planificación y la logística necesarias para asegurar la recogida y el transporte y entrega de este tipo de carga.
 
Uno de sus barcos, el MV Blue Marlin transportó, en el año 2004 la mayor plataforma petrolífera del mundo, la "Thunder Horse" desde Corea del Sur hasta su destino en el Golfo de México. Durante más de 15.000 kilómetros, el carguero fue capaz de transportar sin problemas una estructura de 60.000 toneladas de peso, una carga que batía todos los récords conocidos hasta ese momento.
 
MV-Blue-Marlin 
 
En noviembre de 2005, el Blue Marlin transportó desde Corpus Christi, Texas, el Sea-based X-band Radar a la isla Adak, Alaska.
Dockwise-Vanguard
 
El último barco incorporado por Dockwise es el “Dockwise Vanguard”.

En la actualidad, el Dockwise Vanguard es el heavy lift que más tonelaje podrá transportar.

El buque, construido en los astilleros coreanos de Hyundai Heavy Industries,  tiene una eslora total de 275 metros, una manga de 70 metros y 117.000 toneladas de peso muerto. Tiene un área de cubierta de aproximadamente 275 x 70 m2.

Una vez lastrado, el buque alcanza un calado de 31,50 metros, aunque en navegación, el calado máximo es de 10,99 metros y una velocidad de 14,5 nudos.

Dockwise-Vanguard
La planta propulsora del buque es de tipo Diesel Eléctrica de 27 MW y ha sido instalada por Wärtsilä, dotando al buque flexibilidad de operación como requisito principal. El buque cuenta con dos propulsores acimutales retráctiles, dos hélices de paso variable y una hélice de proa. 
 
La planta eléctrica cuenta con dos generadores diesel de 6 cilindros en línea capaces de entregar 4.350 kW, dos generadores diesel de 12 cilindros en V con capacidad para entregar 8.700 kW y un generador diesel con capacidad para entregar 1.200 kW
 
En su primer viaje, el buque transportó, desde los astilleros coreanos de SHI, la plataforma semisumergible Jack / St Malo propiedad de Chevron Corporation hasta un campo petrolífero off-shore del golfo de Méjico que tiene el mismo nombre. 
 
Tras finalizar este viaje, el buque regreso a Corea del Sur, esta vez para transportar el FPSO Goliat (Floating Production Storage and Offloading) hasta el Mar de Barents en Noruega para llevar a cabo un proyecto de la petrolera BP.

En los dos videos podemos apreciar la construcción y la forma de operar de estos buques:

   


 

Norberto Sánchez

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