TEMA 1 - INTRODUCCIN1.1. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL El mantenimiento industrial abarca tantos aspectos diferentes, que es fcil encontrar en la literatura multitud de definiciones. El concepto est ntimamente relacionado con el objetivo de toda industria y su modo de funcionamiento, el cual a su vez depende de la situacin del mercado en el que se encuentra. El objetivo primordial de una industria (en su funcin de empresa) es generar riqueza en el entorno en el que se desarrolla y para ello, adems de otras consideraciones (por ejemplo, ser respetuosa con el medio ambiente), debe procurar maximizar sus beneficios. As, puede decirse que el mantenimiento ayuda a este objetivo. El grado de consecucin del mismo depende de varios factores, dentro de los cuales figura el tipo de mantenimiento implantado. Sin embargo, como se ha mencionado, la importancia relativa del mantenimiento para lograr el objetivo anterior depende de la situacin del mercado. En un mercado en auge y crecimiento, en el que se puede vender tanto como se produzca, las industrias tratan maximizar su capacidad de produccin llegando a funcionar todo el tiempo disponible. En tal situacin, el mantenimiento es un aspecto fundamental para conseguir una produccin mxima, ya que una parada larga causada por la avera de una mquina crtica puede afectar a la produccin de toda la planta durante horas (incluso das) y conllevar grandes prdidas econmicas por lo que se podra haber producido y no se produjo (coste de oportunidad). Por el contrario, en un mercado en declive la produccin es ms relajada; no se trabaja contrarreloj y una avera provoca prdidas mucho menores. Desde un punto de vista amplio, puede decirse que el mantenimiento industrial es una disciplina con la que, antes o despus, se relacionan todas las dems disciplinas involucradas en el proceso de produccin industrial. Pero precisamente esta dilatada interrelacin hace que la funcin mantenimiento constituya uno de los pilares fundamentales que condiciona la eficiencia de cualquier industria moderna. En cierto sentido, el resto de disciplinas involucradas dependen en mayor o menor medida del mantenimiento; de tal forma que cualquier intento de produccin sin mantenimiento resulta catico, aunque el resto de tareas se realicen con gran perfeccin. Esto es tanto ms as cuanto mayor sea la intencin de maximizar la productividad. El mantenimiento industrial es, aparte de una disciplina, una estrategia que puede ser aplicada de forma intensiva, moderada modesta o nada en absoluto, dependiendo de un gran numero de variables cuya constitucin habitualmente esta mas all de soluciones inmediatas u obvias. En la prctica, dentro del tejido industrial de cualquier comunidad existe una distribucin casi continua del nivel de intensificacin del sistema de mantenimiento implantado. Es posible encontrar desde los sistemas de implantacin ms extremos en los que existe expresamente un Departamento de Mantenimiento con una gestin extensiva de las operaciones; hasta industrias en las que el mantenimiento se realiza de forma errtica persiguiendo ms sobrevivir a la produccin diaria que maximizar la eficiencia. Por otro lado, la implantacin de un sistema de mantenimiento en una industria no es una tarea fcil, ya que involucra a todos los departamentos y a todos los estamentos de la misma. Debe tener un respaldo slido por parte de la direccin y debe contar con el1

apoyo de todos. Posee una especial relevancia debido a que sin mantenimiento resulta imposible lograr unos niveles altos de eficiencia en la produccin. Finalmente, la calidad del programa de mantenimiento tiene una influencia importante sobre la calidad final del producto. Por este motivo, cuando se persigue una calidad mxima en el producto, es necesario potenciar la intensidad y calidad del trabajo de mantenimiento.

1.2. FUNCIONES DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL El mantenimiento industrial est definido por las funciones que le son atribuidas. Estas funciones pueden clasificarse en dos grandes grupos atendiendo a la dedicacin por parte del grupo de mantenimiento.

1.2.1. FUNCIONES PRIMARIAS DEL MANTENIMIENTO Las funciones primaias del mantenimiento son aquellas que el Departamento de Mantenimiento debe realizar diariamente, dedicando la mayor parte de su tiempo. Estas funciones principales se pueden agrupar dentro de las siguientes categoras: Mantenimiento del equipo industrial. Esta es la principal actividad atribuida al grupo de mantenimiento. Consiste en la realizacin de las reparaciones necesarias en la maquinaria de produccin de forma rpida y econmica. Esto incluye la anticipacin a los fallos y el empleo de tcnicas de mantenimiento preventivo donde sea posible. Inspeccin y lubricacin de equipos. Esta es una operacin esencial complementaria a la reparacin de las mquinas. Consiste en el examen regular de las mismas con el fin de detectar y subsanar posibles causas de fallo antes de que ste ocurra. Tambin consiste en la limpieza, lubricacin y puesta a punto peridica de los elementos de las mquinas, con el fin de optimizar su funcionamiento y durabilidad. Aunque en algunas industrias esta tarea es asignada a otros grupos de trabajo ajenos al de mantenimiento (incluso externos a la industria de que se trate), la implicacin del grupo de mantenimiento en el proceso proporciona generalmente un incremento de la estandarizacin y un mejor seguimiento. Mantenimiento de edificios y terrenos. La reparacin de edificios y propiedades externas a las plantas tambin son tareas habitualmente asignadas al Departamento de Mantenimiento, aunque estas competencias deben estar limitadas. As, por ejemplo, si es necesario el mantenimiento de grandes extensiones de terrenos adyacentes a la planta, ste debe ser organizado de una forma especial, pudiendo llegar a ser necesario subcontratarlo a una empresa especializada. Por otro lado, las tareas de limpieza general de la planta deben estar atribuidas a un grupo aparte (interno o externo a la empresa) descargando al Departamento de Mantenimiento de esta tarea. Gestin de la informacin relativa al mantenimiento. La mayor parte de los sistemas de mantenimiento se basan en la explotacin de informacin histrica. Es, por tanto, tarea del grupo de mantenimiento realizar una gestin, lo mejor posible, de la informacin obtenida de todas las intervenciones, con el fin de disponer de un historial

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de casos y soluciones que permita en el futuro afrontar los problemas que surjan de la forma ms eficiente posible. Esta gestin est, tambin ntimamente relacionada con el tipo de mantenimiento que est implantado, especialmente con los tipos preventivo y predictivo. Modificacin de las instalaciones y realizacin de instalaciones nuevas. Esta tarea compete o no al Departamento de Mantenimiento dependiendo generalmente del tamao de la industria. En industrias pequeas (con una nica planta), esta tarea es habitualmente subcontratada a otras empresas, que siguen las prescripciones de la primera. Sin embargo, las grandes industrias (especialmente las que cuentan con mltiples plantas) en continua expansin suelen disponer de un grupo de instalacin que puede depender del Departamento de Mantenimiento o ser independiente y trabajar en ntima colaboracin con ste.

1.2.2. FUNCIONES SECUNDARIAS DEL MANTENIMIENTO Aparte de las funciones primarias descritas anteriormente, existen algunas otras funciones que pueden estar atribuidas al Departamento de Mantenimiento por razones de conveniencia o por requerimiento de conocimientos tcnicos. Entre estas funciones secundarias se encuentran las siguientes: Gestin de almacenes de mantenimiento. La gestin de los almacenes de repuestos de mquinas es una tarea que, generalmente, est atribuida al grupo de mantenimiento ya que ste realiza su funcin en ntima relacin con estos almacenes. Seguridad de las plantas. En algunos casos, las funciones de seguridad de las plantas industriales se incorporan al departamento de ingeniera de mantenimiento. Estas funciones incluyen la gestin del personal de seguridad, de los equipos de prevencin y proteccin contra incendios y el tratamiento de las recomendaciones de seguridad laboral. Eliminacin de residuos. La gestin de los residuos generados por la planta es tambin habitualmente gestionada desde el departamento de mantenimiento. Otras. Como las anteriores, existe una gran multitud de funciones con posibilidad de ser atribuidas al grupo de mantenimiento. Sin embargo, es importante delimitar con gran concrecin la autoridad y responsabilidad del grupo ante cada una de estas funciones.

1.3. TIPOS DE MANTENIMIENTO Existen varios tipos de mantenimiento con diferencias en cuanto a objetivos, planificacin, recursos necesarios, etc. En la actualidad, en las grandes industrias, ninguna de estos tipos se utiliza exclusivamente, sino que se realiza un mantenimiento planificado que combina los diferentes tipos con el objetivo de optimizar los costes globales y la disponibilidad de los equipos, tal como se describe en el apartado 1.5. Diversos trminos como Mantenimiento Proactivo, Mantenimiento Basado en la

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Fiabilidad (Reliabilily Based Maintenance, o RBM) o Mantenimiento Productivo Total (Total Productive Maintenance, o TPM) designan formas diferentes de enfocar la planificacin del mantenimiento en una planta industrial combinando los cuatro tipos bsicos citados as como ciertos enfoques adicionales. Estas tipologas bsicas de mantenimiento son las siguientes: Mantenimiento ante fallo. Tambin llamado mantenimiento frente a rotura (Breakdown Maintenance), se refiere a las operaciones de mantenimiento que tienen lugar tras el fallo y cuyo objetivo fundamental es la rpida devolucin de la mquina a las condiciones de servicio. Para ello se pone nfasis en sustituir o reparar rpidamente las piezas que han fallado. Si bien es un tipo de mantenimiento poco desarrollado, en la actualidad se utiliza masivamente junto con el mantenimiento correctivo debido, en unos casos, a un desconocimiento ms avanzado de las tcnicas de mantenimiento y a la falta de organizacin aunque, en otros casos, est plenamente justificado por ser el mtodo ms eficiente. La ventaja fundamental de este mtodo es la rapidez de la puesta en funcionamiento de la mquina y que las diferentes piezas se usan hasta que fallan, agotando de este modo su vida til. Sin embargo, las desventajas que presenta este mtodo son numerosas, pudindose destacar las siguientes: oEn este tipo de mantenimiento no se busca la causa origen de la avera (que no necesariamente se encuentra en la pieza que ha fallado) por lo que, tras la reparacin, la avera se volver a repetir en un corto espacio de tiempo. Por ejemplo si existe un desequilibrio en un eje de una mquina se producir un desgaste rpido de los rodamientos y como consecuencia un deterioro de los mismos. La accin reparadora se limitar a sustituir los rodamientos defectuosos. Sin embargo, el problema de fondo no se solucionar en tanto no se corrija el desequilibrio existente. oEl trabajo de mantenimiento no puede ser planificado, dado que no se sabe cundo se va a producir el fallo (imposibilidad de previsin). As, el fallo puede producirse cuando el personal tcnico de mantenimiento no est en la planta (durante la noche, por ejemplo) lo que retrasa la reparacin y puesta en servicio. Adems, en el caso de que varios fallos se produzcan simultneamente, el personal de mantenimiento puede sufrir una acumulacin puntual de trabajo que impida el restablecimiento normal de la fabricacin de forma inmediata. oObliga a la existencia de repuestos suficientes para cubrir las eventuales reparaciones y evitar largas paradas esperando a los repuestos lleguen a la planta, lo que incrementa el coste de material inmovilizado y de almacn. oSi la reparacin no es rpida el fallo de la mquina puede dar lugar a una prdida econmica importante al producirse una parada de produccin, especialmente en mquinas crticas dentro de la lnea. oLas averas, al ser imprevistas, pueden ser graves para la mquina, ya que el fallo de un elemento puede dar lugar al fallo de otro elemento conectado al mismo. En ocasiones, el fallo de una pieza pequea y poco costosa provoca un fallo catastrfico en la mquina que se traduce en una prdida econmica importante. oLas averas imprevistas pueden dar lugar a siniestros con consecuencias graves para el personal o el resto de las instalaciones. As, este tipo de mantenimiento no

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reduce el riesgo de daos en los trabajadores ni en las instalaciones.

Mantenimiento correctivo. Este tipo de mantenimiento tiene las mismas caractersticas que el anterior (mantenimiento ante fallo) salvo en que considera necesario no solo reparar la mquina averiada sino tambin buscar, diagnosticar y corregir la causa real que provoc el fallo.

Las ventajas e inconvenientes de este mtodo son las mismas que en el mantenimiento ante fallo, con la salvedad de que, al reparar la causa original del fallo, se previene la rpida reaparicin del mismo. Este mtodo, ms indicado que el mantenimiento ante fallo (no correctivo), slo es aplicable cuando existe disponibilidad suficiente de equipos de repuesto y la sustitucin es rpida, econmica, y no supone interrupciones ni perjuicios en el proceso productivo. Esto suele ser as en el caso de mquinas sencillas y baratas y de las cuales existen varias unidades en la planta industrial, lo que permite con un repuesto reducido cubrir gran parte de los eventuales fallos. En estos casos, probablemente el mantenimiento correctivo sea ms econmico y eficiente que cualquier otro. Mantenimiento preventivo. Es un tipo de mantenimiento cuyo objetivo consiste en prevenir el fallo. El mantenimiento preventivo ms comn es el planificado (PPM, Planned Preventive Maintenance). Se basa en el establecimiento de una rutina sustitucin de piezas a intervalos peridicos de tiempo. En la mayora de casos la sustitucin de un componente se realiza sistemticamente, independientemente del estado de la pieza, basndose en el nmero de ciclos realizados o el tiempo de trabajo de la mquina y en la informacin histrica del tiempo medio entre fallos (MTBF, Mean Time Between Failure) del componente. De este modo tratan de evitarse los fallos inesperados. El xito del mtodo radica en una adecuada eleccin de los intervalos de sustitucin de las piezas.

Este tipo de mantenimiento tambin incluye las operaciones preventivas que se ejecutan aprovechando alguna coyuntura (mquina parada por cuestiones de produccin, mquina parada por avera de otra pieza, etc.) que permita obtener un beneficio al realizar en ese momento la sustitucin de la pieza a la que se aplica prevencin (mantenimiento preventivo de oportunidad). La ventaja de este mtodo, frente al mantenimiento correctivo, es que la planificacin del mantenimiento es ms sencilla, producindose un menor nmero de imprevistos y paradas no programadas de produccin. Adems, reduce la necesidad de almacenamiento de repuestos, ajustando la adquisicin de los mismos a los perodos planificados de inspeccin. El mtodo es especialmente indicado para aquellos componentes que tienen una curva de deterioro claramente dependiente del nmero de ciclos, como por ejemplo los filtros. De hecho el cambio de aceite y filtros o bujas en un automvil es un claro ejemplo de la aplicacin de una estrategia de mantenimiento preventivo. Sin embargo, este mtodo tiene algunas desventajas, entre las que cabe resear: o Puede resultar antieconmico silos perodos de sustitucin de piezas no estn correctamente definidos (no se agota la vida til de las piezas), labor complicada dado el elevado nmero de factores variables que pueden afectar a la vida de algunas piezas.

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o La intervencin preventiva sobre la mquina por un operario puede introducir nuevos fallos en la misma, debidos a errores humanos en los trabajos de sustitucin, fallos que no se habran producido sin dicha intervencin. o En mquinas cuyo funcionamiento no es continuo esta estrategia obliga a incorporar contadores de diversos tipos para controlar los perodos de intervencin. o La probabilidad de fallo del sistema no se reduce si la sustitucin se realiza dentro del rango de vida til de la pieza (zona plana de la curva de la baera), producindose en cambio un coste econmico al reemplazar una pieza que an poda funcionar correctamente por mucho tiempo. o Las paradas de produccin necesarias para realizar las operaciones de mantenimiento preventivo afectan al ritmo normal de produccin y pueden suponer un coste elevado que en algunos casos puede no recuperarse. Esto puede paliarse, en parte, en los casos en que la sustitucin se realiza aprovechando paradas de la produccin que igualmente deban realizarse por otros motivos tcnicos. Mantenimiento predictivo. Este mtodo, tambin llamado mantenimiento basado en la condicin (condition-based maintenance, o condition monitoring) corrige las desventajas del mantenimiento preventivo, cambiando las sustituciones peridicas por inspecciones peridicas en las que no se sustituyen piezas, slo se analiza el estado de la mquina mediante la medida de una serie de parmetros objetivos. Cuando los parmetros medidos demuestran la inminencia de un fallo, se acta con una operacin correctiva que subsana la causa del fallo y repara o sustituye las piezas daadas o desgastadas.

La medida de los parmetros se realiza sin necesidad de parar la mquina ni interrumpir la produccin. En algunos casos la medida del valor de estos parmetros se realiza de forma continua, dando lugar al mantenimiento predictivo online o continuo; en otros la medida se realiza con una periodicidad definida. El intervalo de inspeccin debe fijarse en un tiempo que permita detectar variaciones en el estado de la mquina, caso de que las haya habido, y corregir o sustituir los elementos necesarios antes de que se produzca el fallo Algunos de los parmetros ms usados como indicador del estado de la mquina o de algunos de sus componentes son el nivel de ruido, el nivel de vibracin, el nivel de partculas metlicas en el lubricante, la temperatura, u otros parmetros caractersticos del funcionamiento de cada mquina en concreto (caudal, presin en el caso de bombas, intensidad o voltaje para mquinas elctricas). De todos ellos el nivel de vibracin es el ms universalmente usado en el mantenimiento predictivo de maquinaria, por ser uno de los que permite detectar con mayor fiabilidad un gran nmero de potenciales fallos El mantenimiento predictivo est especialmente indicado en aquellas mquinas en las que un fallo produce un elevado riesgo para la seguridad (grandes mquinas, mquinas que trabajan con materiales peligrosos, vehculos de transporte de personas, instalaciones de energa nuclear) o tiene un coste elevado, bien por la posibilidad de fallo catastrfico de la mquina (mquinas nicas, caras), bien por provocar una parada de produccin (mquinas crticas en una lnea de produccin). Las ventajas ms destacadas de este tipo de mantenimiento son:

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o Los perodos de vida de las piezas pueden agotarse al mximo, disminuyendo el nmero de intervenciones y evitando los fallos inesperados. o Se reduce la necesidad de almacenamiento de piezas, pues las que hayan de sustituirse pueden adquirirse con la suficiente antelacin. o La inspeccin con tcnicas adecuadas permite detectar el origen de los problemas de la mquina y no slo sus sntomas y, adems, sin necesidad de parar su funcionamiento. o La informacin histrica sobre la evolucin de los parmetros permite un mejor conocimiento de las mquinas, de su funcionamiento y de sus modos de fallo. o Cuando ha de realizarse la reparacin sta es ms rpida ya que se ha detectado previamente el punto en el que ha de trabajarse. o Mejora la seguridad de la planta al reducirse la probabilidad de produccin de accidentes como consecuencia de fallos imprevistos. Sin embargo, la introduccin de este mtodo de mantenimiento no est exenta de inconvenientes. Algunos de ellos son: La necesidad de una mayor formacin del personal en las diferentes tcnicas de inspeccin y en la interpretacin de los valores de los parmetros obtenidos, de forma que se evite la aparicin de fallos o la realizacin de paradas innecesarias como consecuencia de una mala interpretacin de los parmetros. La inversin necesaria en diferentes equipos de medida y registro de parmetros y en la elaboracin de una base de datos adecuada. La falta de experiencia sobre el valor de los parmetros que indica un estado peligroso de la mquina, especialmente en las etapas iniciales, con las consiguientes dudas sobre el momento en que la parada para reparacin es obligada. El posible aburrimiento de los operarios por la toma de datos que normalmente se van repitiendo, sin producirse cambios en grandes perodos de tiempo, antes de que aparezca una situacin crtica. Como se ha visto, cada uno de los cuatro tipos de mantenimiento que se han descrito posee ventajas e inconvenientes que lo hacen o no indicado en cada situacin. La tabla 1.1 muestra un resumen de sus caractersticas, indicando si cada aspecto evaluado es positivo (+) o negativo ().Mantenimiento ante fallo Evita que se produzca el fallo Corrige la causa real del fallo NO () NO () Mantenimiento correctivo NO () SI (+) Mantenimiento preventivo S (+) SI (+) Mantenimiento predictivo S (+) SI (+)

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Las operaciones suelen costar mucho tiempo debido a la imprevisin Las operaciones pueden ser innecesarias y pueden ser causa de nuevos fallos Permite planificar el mantenimiento Exige disponer de un surtido almacn de repuestos Permite agotar la vida til de las piezas Requiere el conocimiento de tcnicas complejas Exige una importnte inversin en medios para el mantenimiento Contribuye a mejorar la seguridad global de la planta

S ()

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NO (+)

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NO (+) NO() S () S (+) NO (+) NO (+) NO ()

S () SI(+) NO (+) NO () NO (+) NO (+) S (+)

NO (+) SI(+) NO (+) S (+) S () S () S (+)

Tabla 1.1. Diferencias fundamentales entre los distintos tipos de mantenimiento

1.4. OPERACIONES DE MANTENIMIENTO MECNICO En una primera clasificacin, las operaciones de mantenimiento se pueden distinguir por su objetivo. Excluyendo las operaciones de ampliacin y reconstruccin de maquinaria (que no son de mantenimiento propiamente dicho), existen operaciones de correccin, cuyo objetivo es subsanar alguna deficiencia en los elementos y ensamblajes que componen la mquina (geometra o masa inadecuadas, posicin incorrecta, etc.); operaciones de reparacin de elementos daados y operaciones de sustitucin de elementos cuando stos estn demasiado daados para poder ser reparados. Teniendo en cuenta estas consideraciones, las operaciones de mantenimiento mecnico se clasifican habitualmente en: Operaciones de mantenimiento de reparacin tras el fallo. Son operaciones que se realizan como reaccin ante el fallo de una mquina. Normalmente estas operaciones estn destinadas a devolver a la mquina a las condiciones de servicio. As, por ejemplo, cuando falla un rodamiento las operaciones de desmontaje sustitucin y montaje del nuevo rodamiento son de este tipo. El servicio de mantenimiento ser tanto ms efectivo cuanto menor sea el tiempo de puesta en servicio por encima del nivel mnimo de fiabilidad exigido.

Operaciones de mantenimiento correctivo tras el fallo. Como las anteriores, estas operaciones se llevan a cabo tambin tras el fallo. Sin embargo, el objetivo es la bsqueda y subsanacin de la causa origen del fallo, que no necesariamente se encuentra en la pieza que ha fallado. Por ejemplo, el fallo de un rodamiento puede deberse a una mala alineacin de los ejes. Las operaciones de mantenimiento correctivo son aquellas que buscan la causa del fallo del rodamiento y corrigen esa causa.

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Operaciones de mantenimiento preventivo. Son operaciones de sustitucin o correccin de componentes destinadas a prevenir el fallo de la mquina. Existen dos tipos de operaciones de mantenimiento preventivo: las planificadas y las de oportunidad.

Las operaciones planificadas son operaciones cuyo momento de ejecucin ha sido programado con antelacin y suelen estar incluidas en un programa de mantenimiento. Las relubricacin de distintos puntos de una mquina o la sustitucin peridica del lubricante son claros ejemplos de operacin de mantenimiento preventivo planificado. Las operaciones de mantenimiento preventivo de oportunidad ocurren durante reparaciones tras un fallo o a intervalo fijo, pero sobre otros elementos distintos de los que los que son el objeto principal de la reparacin. Es decir, se aprovecha la coyuntura del fallo o de la reparacin a intervalo fijo para realizar mantenimiento sobre otras piezas. Los motivos para este tipo de mantenimiento son fundamentalmente dos: sustitucin de piezas con mala accesibilidad pero que han quedado al descubierto con motivo de la reparacin principal y aprovechamiento de la parada para la reparacin para sustituir otras piezas, en mquinas que funcionan continuamente que tienen un alto coste de parada o indisponibilidad. Operaciones de mantenimiento predictivo o de anlisis del estado de la mquina. Son operaciones cuyo objetivo es estimar el estado de funcionamiento de la mquina y la cercana en el tiempo de un posible fallo. Estas operaciones suelen estar destinadas a medir uno o varios parmetros de la mquina y utilizar la informacin histrica para evaluar la situacin de la mquina y su evolucin hacia un fallo potencial (es decir, predecir el fallo). Estas operaciones se llevan a cabo peridicamente logrando realizar un seguimiento del estado de la mquina. Cuando se prev que el fallo es inminente, es necesario realizar operaciones de mantenimiento correctivo antes de que ste se produzca.

Operaciones de mantenimiento correctivo basado en el estado de la mquina. Son operaciones de correccin que se realizan para subsanar deficiencias que estn a punto de provocar un fallo en la mquina. Se realizan, por tanto, antes del fallo y la necesidad de realizar estas operaciones suele estar indicada por los resultados del anlisis del estado de la mquina (mantenimiento predictivo). Dentro de estas operaciones de mantenimiento correctivo se incluyen tanto las operaciones de correccin de deficiencias (alineacin de ejes, equilibrado de rotores, etc.) como las de reparacin o sustitucin de elementos defectuosos (rodamientos, correas, cadenas, etc.).

1.5. ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL La estrategia de mantenimiento de una industria identifica cmo la industria se enfrenta a la necesidad de mantenimiento inevitablemente asociada a la actividad productiva. Las mejores estrategias de mantenimiento son aquellas que involucran los cuatro tipos de operaciones vistas en el apartado anterior. Esto es debido a que, aunque se implante un sistema basado en el apartado 1.3, siempre existir un porcentaje de

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incertidumbre que har imposible eliminar completamente las averas. As, las operaciones de mantenimiento ante fallo y correctivo, posteriores a las averas, siempre sern necesarias. Pese a esto, es cierto que las estrategias que permiten minimizar el riesgo de fallo son beneficiosas porque favorecen la produccin. Pero tambin suelen requerir una mayor inversin en equipos de mantenimiento y en formacin del personal. As, de nuevo, el ptimo intermedio depende del tipo de industria y de la situacin del mercado en el que opera. Dependiendo de los tipos de tareas involucrados en el programa de mantenimiento se pueden distinguir cuatro diferentes estrategias: Estrategias bsicas. Son estrategias que involucran exclusivamente operaciones de mantenimiento ante fallo y de mantenimiento correctivo. Son poco eficientes ya que no buscan reducir los costes de mantenimiento ni maximizar la productividad. Suelen estar implantadas en industrias pequeas y poco evolucionadas o, a veces, en industrias que estn inmersas en un mercado en profunda crisis y que persiguen sobrevivir ms que producir de manera eficiente.

Estrategias moderadamente intensivas. Son estrategias basadas en operaciones de mantenimiento correctivo y preventivo, con una evolucin intermedia de este ltimo. Estas estrategias poseen un programa de mantenimiento modesto, lo que implica que la recoleccin de la informacin de mantenimiento est poco sistematizada, los programas y las rutas de mantenimiento estn poco elaborados y la periodicidad de sustitucin de componentes no ha sido optimizada ni est sujeta a una evolucin continua. Se obtiene beneficio del mantenimiento, pero podra obtenerse un beneficio mayor reduciendo el nmero de averas y alargando la vida en funcionamiento de los componentes.

Estrategias intensivas. Cuentan con todos los tipos de operaciones de mantenimiento. Las mquinas poco crticas suelen llevar asociadas operaciones de mantenimiento correctivo en mayor medida y preventivo en menor medida. Sobre las mquinas esenciales suelen realizarse operaciones de mantenimiento preventivo fundamentalmente; mientras que en las mquinas crticas suele realizarse un seguimiento de la condicin de funcionamiento mediante tcnicas de mantenimiento predictivo.

Adems, el programa de mantenimiento suele estar optimizado y sometido a una evolucin continua. Se han estudiado las rutas de trabajo, se recoge sistemticamente la informacin, se gestiona la interpretacin de la misma mediante programas informticos y se evolucionan continuamente los perodos de mantenimiento preventivo. Estas estrategias tambin se caracterizan por contar con medios suficientes y con personal formado para realizar las tareas y la gestin del mantenimiento de manera eficiente y ordenada. Son, por tanto caractersticas de industrias econmicamente fuertes, pertenecientes en muchos casos a empresas multinacionales. Estrategias integrales. En la actualidad, una gran parte de estas estrategias se basan en la filosofa de produccin y mantenimiento industrial ideada por S. Nakajima en 1988 y denominada por ste mantenimiento total productivo (Total Productive Maintenance o TPM). TPM tuvo sus orgenes en la industria japonesa de automocin de la dcada de 1970. Este sector incorpor en esa poca los conceptos de control total

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de la calidad (Total Quality Control o TQC), produccin basada en la rpida disponibilidad (Just In Time o JIT) y la involucracin total de los empleados en el proceso productivo (Total Employee Involve o TEI). A finales de la dcada de 1980, Nakajima recopil estos y otros conceptos en una nica filosofa La implementacin de una estrategia basada en TPM puede generar ahorros considerables en costes mediante el incremento de la productividad. Sin embargo, su posibilidad de implementacin est asociada al grado de automatizacin de la industria, de tal manera su implantacin en empresas en las que el grado de automatizacin es bajo puede tener poco sentido. Por otro lado, el grado de implantacin del mtodo TPM depende tambin de la naturaleza social del colectivo de trabajadores de la industria. En este sentido, se ha demostrado que en industrias europeas no es posible alcanzar el grado de perfeccin (o pureza) de TPM que se ha alcanzado en industrias japonesas, posiblemente debido a la naturaleza ms metdica y ordenada de la sociedad nipona. Esto ha propiciado la aparicin de estrategias derivadas de TPM en las que la filosofa original de Nakajima ha sido adaptada a las caractersticas de la sociedad en la que se implanta, persiguiendo tan solo acercarse a los objetivos ideales propuestos por el mtodo TPM. Como se ha dicho anteriormente, la estrategia adecuada para cada industria depende de numerosos factores entre los que se encuentran: su tamao, su grado de automatizacin, su capacidad de produccin, el mercado en el que opera, etc. En general, se ha demostrado que las estrategias intensivas producen mayores beneficios en industrias que tratan de maximizar su produccin, aunque stos se obtienen a medio y largo plazo y, adems, requieren una mayor inversin en equipos y personal. Por otro lado, las estrategias menos intensivas producen menos beneficios pero stos se obtienen a corto plazo y requieren una inversin mucho menor para el mantenimiento. Por este motivo, las industrias suelen comenzar con estrategias bsicas para posteriormente evolucionar hacia estrategias intensivas segn van creciendo y consolidndose en el mercado. Sin embargo, hay excepciones, existiendo industrias medianas y pequeas que se benefician de estrategias de mantenimiento relativamente intensivas gracias a la subcontratacin de las tareas de mantenimiento predictivo, lo que les permite ahorrar la inversin en los equipos necesarios para realizar dicho mantenimiento.

1.6. MANTENIMIENTO MECNICO DE MQUINAS El mantenimiento industrial involucra una gran cantidad de especialidades desde la de gestin de la produccin industrial hasta la energtica, pasando por la elctrica, automtica, etc. Una de estas especialidades es la mecnica y el conjunto de operaciones de mantenimiento relacionadas con ella es llamado mantenimiento mecnico de mquinas. Dentro del mantenimiento mecnico se engloban las acciones destinadas a la reparacin o conservacin de mquinas y mecanismos, sus elementos y dispositivos, teniendo en cuenta la funcin para la que fueron diseados.

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El mantenimiento mecnico ha cobrado una creciente importancia desde la revolucin industrial hasta la actualidad debido al continuo desarrollo cientfico. Este desarrollo ha conllevado el avance de la tecnologa del equipamiento industrial, caracterizndose este ltimo por una mayor complejidad, sofisticacin y velocidad. Consecuentemente, se ha generado la necesidad de profesionales destinados a la cada vez ms especializada tarea de conservacin (mantenimiento) de los modernos equipos industriales. De acuerdo con el grado de complejidad actual de las mquinas y de una forma generalista, el ingeniero de mantenimiento mecnico debe poseer conocimientos extensivos en tres reas fundamentales: maquinaria, funcionamiento fsico e instrumentacin. Los conocimientos sobre maquinaria hacen referencia al diseo y construccin de mquinas, procedimientos de reparacin de las mismas y tipologas de funcionamiento. Los conocimientos de funcionamiento fsico incluyen campos tcnicos tales como esttica, dinmica, cinemtica, mecnica de materiales, dinmica de fluidos, transferencia de calor, fsica, matemticas, etc. Finalmente, los conocimientos de instrumentacin estn vinculados a los sistemas de medicin electrnicos requeridos para documentar y comprender el funcionamiento de la mquina. La competencia del ingeniero de mantenimiento depende de la combinacin de conocimientos y experiencia. Los conocimientos pueden obtenerse durante un largo perodo de formacin que incluye cursos impartidos por centros privados, cursos en universidades, etc. Sin embargo, la experiencia solamente se puede adquirir enfrentndose a los problemas diarios de mantenimiento en una industria. Dado que no todas las mquinas de una industria son igualmente importantes para el proceso productivo, tampoco todas ellas requieren la misma atencin por parte del grupo de mantenimiento. En este sentido, las mquinas de produccin (y asistencia a la produccin) de cualquier organizacin industrial pueden ser clasificado en tres categoras fundamentales para la realizacin de mantenimiento mecnico. Habitualmente, el mantenimiento de las maquinas dentro de cada una de estas categoras es realizado bajo un nico programa, estrategia o filosofa global para toda la industria. Sin embargo, los recursos destinados al seguimiento estn en relacin directa con lo crtica que es la mquina en el proceso de produccin. Maquinaria crtica. Este primer segmento incluye las mquinas que son crticas dentro del proceso productivo. En la mayora de casos, la planta industrial (o una parte importante de ella) no puede funcionar si una de estas mquinas falla. Estas mquinas son habitualmente de gran envergadura y potencia. Suelen instalarse en ellas de forma permanente sistemas de medida de vibraciones, posicin, temperatura y otros con el fin de detectar cualquier desviacin del punto de funcionamiento ptimo. La monitorizacin es permanentemente realizada por analizadores con dedicacin exclusiva, incluyendo sistemas de alerta cuando la situacin o condicin de funcionamiento cambia.

Maquinaria esencial. Respecto a las mquinas del segmento anterior, estas mquinas son habitualmente de menor envergadura y menor potencia. Suelen ser mquinas que asisten (mediante trabajo o servicio) a la produccin y se caracterizan porque, a pesar de que una unidad individual no es crtica, es posible que el conjunto formado por dos o tres mquinas s sea crtico para el proceso productivo. Sin embargo, tal agrupacin permite que una de estas mquinas falle sin que por ello se produzca interrupcin en la produccin. Estas mquinas habitualmente estn monitorizadas en un grado de intensidad similar, aunque por debajo al de las mquinas crticas.

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Maquinaria de propsito general. Dentro de esta categora se incluye el resto de mquinas de la planta industrial. La funcin que desempean presenta una de dos caractersticas: o no es crtica para el proceso productivo o est duplicada por la existencia de otras mquinas que pueden desempearla. De esta forma, el fallo en una de estas mquinas no es, en ningn caso, crtico para el proceso productivo.

Las mquinas dentro de esta categora suelen estar dotadas de escasos sistemas permanentes de medida. El equipo es habitualmente monitorizado con equipos porttiles de medida. En muchos casos, las mquinas ms pequeas no estn sujetas a procesos de anlisis y diagnosis detallados.

1.7. FALLO MECNICO Se entiende por fallo de una mquina cualquier cambio en la misma que impida que sta realice la funcin para la que fue diseada. Dentro de esta definicin cabe un gran nmero de diferentes tipologas de fallo, clasificadas segn la causa que lo gener: fallo mecnico, fallo elctrico, fallo en la instrumentacin de medida, fallo en los dispositivos de control, etc. Las causas de fallo de una mquina son tambin numerosas y muy diversas. No suelen ser las mismas cuando el fallo se produce en el inicio de la vida til de la mquina que cuando se produce al final de su vida til. As, los fallos pueden clasificarse segn la probabilidad asociada a la edad de la mquina.

1.7.1. TIPOS DE FALLO SEGN LA PROBABILIDAD ASOCIADA A LA EDAD DE LA MQUINA En funcin de la probabilidad de que aparezcan fallos y de la dependencia de esta probabilidad del momento a lo largo de la vida til de la mquina, estos fallos pueden clasificarse en: Fallos infantiles. Suelen ser debidos a defectos en la fabricacin de alguna de las piezas o a un incorrecto montaje. La probabilidad de aparicin de estos fallos decrece con el tiempo, por lo que son ms probables al inicio de la vida til de la mquina o durante el perodo de rodaje inicial. En algunos casos, el rodaje es necesario para que las piezas con movimiento relativo ajusten sus geometras (el ajuste se produce por desgaste o deformacin del material). Durante este rodaje, la falta de ajuste puede producir vibraciones que disminuyan la calidad del producto fabricado, pudiendo esto ser considerado un tipo de fallo funcional.

Fallos producidos por el desgaste y envejecimiento. Estos fallos pueden tener varios orgenes. Algunos de ellos pueden estar vinculados a errores durante la fabricacin que dan lugar a un crecimiento progresivo del defecto (grietas, tratamientos trmicos incorrectos, fallos en las soldaduras, acabados superficiales defectuosos, inclusiones de gas en la fundicin). Otros pueden deberse a variaciones en las propiedades del material por motivos qumicos (corrosin) o trmicos (dilataciones, contracciones, cambio de propiedades). En otros casos su origen puede ser un inadecuado diseo mecnico o un cambio en las caractersticas de las piezas (desgaste,

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fatiga, desequilibrio) o un incorrecto montaje (desalineacin). Finalmente, estos fallos pueden deberse tambin a un inadecuado o inexistente mantenimiento (limpieza, lubricacin). Fallos aleatorios. Los fallos aleatorios pueden tener orgenes diversos y se producen por azar, por lo que su probabilidad de aparicin se mantiene constante durante toda la vida de la mquina.

La figura 1.1 representa de forma cualitativa la curva de probabilidad de aparicin de cada uno de estos tipos de fallo (infantil, envejecimiento y aleatorio) frente al tiempo de vida de la mquina. Se representa tambin la probabilidad total de hilo, obtenida como suma de las otras tres. A esta ltima curva se le llama habitualmente, por su forma, curva de baera.

Figura 1.1. Curva de vida de una mquina

1.7.2. TIPOS DE FALLOS MECNICOS Partiendo de la definicin de fallo de una mquina, la definicin de fallo mecnico puede deducirse por reduccin. As, de forma estricta se entiende por fallo mecnico cualquier cambio en el tamao, forma o propiedades del material de una estructura, mquina o parte de una mquina que impide que sta pueda realizar la funcin para la que fue diseada. Sin embargo, en la prctica, dentro del concepto de fallo mecnico suelen incluirse otros tipos de fallos causados por el fallo de sistemas vinculados al funcionamiento mecnico, tales como sistemas de lubricacin, sistemas hidrulicos, etc. Teniendo esto en cuenta, todo fallo mecnico est incluido en una de las dos grandes categoras: fallo estructural y fallo funcional.

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Fallo estructural. Aparece por el cambio de tamao, forma o propiedades mecnicas de una o varias partes de la mquina. El deterioro puede producirse a nivel superficial o en puntos no superficiales.

Fallo superficial. Ocurre cuando la superficie de la pieza se deteriora. Puede estar causado por desgaste debido a un contacto con otros slidos en el que existe movimiento relativo, por oxidacin o corrosin de materiales metlicos, por fatiga superficial, etc.o

El fallo superficial cambia la geometra de la pieza generalmente creando o incrementando las holguras. Esto provoca, en el mejor de los casos, un decremento de la precisin de trabajo de la mquina y, en el peor de los casos, un fallo no superficial (rotura) debido a la reduccin de la seccin. Existen tcnicas especficas para evitar cada una de las causas que producen el fallo superficial. El desgaste se puede evitar mediante tratamientos de endurecido superficial y con un sistema de lubricacin adecuado. La oxidacin y la corrosin se pueden evitar impidiendo que el metal vivo entre en contacto con agua y cidos o conduzca corriente elctrica. Finalmente, la fatiga superficial se puede combatir evitando que las tensiones superficiales de contacto sean elevadas, para lo que se requiere que los radios de curvatura sean amplios. Fallo no superficial. Este tipo de fallo est asociado generalmente con la rotura completa (seccionado) del material. El fallo no superficial puede ser esttico o por fatiga.o

El fallo esttico se produce por estar sometiendo al material a un nivel de tensin por encime de su lmite de fluencia. En tal caso el material se deforma hasta romperse (el grado de deformacin depende de si el material tiene un comportamiento dctil o frgil). En el caso de mquinas, este fallo se puede evitar con un dimensionamiento adecuado de los elementos resistentes y evitando la aparicin de sobrecargas en el funcionamiento de la mquina. El fallo por fatiga tambin termina con la rotura de la pieza, pero comienza por la aparicin de una grieta en puntos donde existe concentracin de tensiones (ranuras, cambios bruscos de seccin, etc.) y variacin de la tensin con el tiempo (ciclos de carga). Durante la mayor parte de la vida de la pieza, la grieta crece disminuyendo la seccin resistente hasta un punto en el que dicha seccin es tan pequea que no es capaz de resistir los esfuerzos y entonces el fallo finaliza con una rotura esttica. El fallo por fatiga es favorecido por numerosos factores: uso de ciertos metales, concentracin de tensiones, elevada rugosidad superficial, temperaturas elevadas, etc. En consecuencia, para evitar este tipo de fallo lo ms importante es dimensionar adecuadamente los elementos resistentes de la mquina evitando en lo posible la concentracin de tensiones. Tambin es interesante proporcionar un buen acabado superficial a las piezas y evitar que stas estn sometidas a temperaturas excesivas durante el funcionamiento. Fallo por deformacin excesiva. En ocasiones la deformacin de una pieza (aunque no llegue a romperse) provoca que la mquina no pueda realizar su funcin. Eno

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ciertos casos la mquina puede seguir funcionando, pero esta deformacin disminuye la calidad de su funcionamiento y acorta la vida til de algunos componentes. En tales casos, esta deformacin constituye una forma de fallo que debe ser prevista y evitada durante el diseo de la mquina. Para ello basta con asegura la rigidez de los elementos estructurales. Fallo funcional. Aparece por el disfuncionamiento de alguno de los sistemas ~ que evitan el fallo estructural o por algn tipo de sobrecarga. As, los fallos funcionales (asociados al fallo mecnico) ms comunes son:

Fallo en el sistema de lubricacin. Aparece cuando la lubricacin es inadecuada en algn punto de la mquina. Su efecto ms comn es la aparicin de contacto metal-metal y el consiguiente rozamiento, desgaste y deterioro superficial.o

Fallo en los sistemas hidrulico o neumtico. En ciertos casos, un fallo en estos sistemas puede provocar un fallo estructural.o

Fallo por sobrecarga trmica. Ocurre cuando alguno de los elementos (fijos o mviles) estructurales se ve sometido a una temperatura elevada durante el funcionamiento. Este incremento de temperatura provoca un decremento notable en las propiedades mecnicas del material, lo que puede derivar en un fallo estructural.o

Fallo por sobrecarga. Se dice que una mquina est funcionando en una situacin de sobrecarga cuando la carga resistente que sta ha de vencer es superior a aquella para la que fue diseada. El incremento de carga resistente tiene como consecuencia un incremento de las fuerzas internas de los elementos estructurales de la mquina, pudiendo llegar a superar las fuerzas mximas para las que dichos elementos fueron dimensionados. En tales casos puede aparecer un fallo mecnico en las diferentes topologas que se han expuesto.o

TEMA 2. MEDICIONES Y APARATOS DE MEDIDA Y CONTROL2.1 INTRODUCCIN16

Estas tcnicas se dividen en tcnicas directas e y indirectas. 2.3.1. Tcnicas directas Son aquellas tcnicas en las que se inspeccionan directamente los elementos de la mquina para observar su estado. Este tipo de tcnicas es el que tradicionalmente se viene utilizando, unas veces de forma sistematizada dentro de un programa de mantenimiento preventivo o predictivo, y otras como nico recurso para poder realizar el mantenimiento correctivo. El alcance de estas tcnicas vara desde las ms simples, cuyo nico propsito es detectar o localizar visualmente la existencia de un defecto, hasta las ms complejas, basadas en laboriosos anlisis de los elementos estudiados, con la finalidad de cuantificar la magnitud del defecto encontrado. La tcnica de verificacin directa ms utilizada es, sin lugar a dudas, la inspeccin visual. Otras tcnicas directas de frecuente utilizacin son: la inspeccin por lquidos penetrantes o mediante partculas magnticas, el empleo de ultrasonidos, las tcnicas de anlisis de los materiales, la inspeccin radiogrfica, etc.

2.3.2. tcnicas indirectas Son aquellas tcnicas en las que la evaluacin del estado de la mquina, o de un elemento de la misma, se hace a travs de la medida y anlisis de algn parmetro de significacin funcional. La eleccin del parmetro adecuado depender de las circunstancias que concurran en cada caso, y se encuentra sometida a los condicionantes ya expuestos con anterioridad (apartado 3.2.2). Estas tcnicas de verificacin resultan especialmente indicadas para ser implantadas en un programa de mantenimiento predicativo, particularmente sobre aquellos equipos crticos del proceso que requieren una vigilancia continua, ya que se aplican sobre parmetros cuya medida y anlisis puede realizarse sin afectar en modo alguno al funcionamiento de la mquina, a travs de sensores instalados de forma permanente en la misma. El seguimiento del estado funcional del equipo puede hacerse a distancia, dotando incluso al sistema de medida de mecanismos de aviso, alarma o disparo, que se activan ante la presencia de una condicin anmala. La tcnica ms importante y representativa de este grupo es el anlisis de vibraciones (en sus mltiples vertientes), que constituye la "piedra angular" del mantenimiento predictivo [Wireman, 1990]. Esta tcnica se estudiar ampliamente en el captulo 5. Otras tcnicas indirectas importantes son: el anlisis de ruido emitido, la medida de la temperatura, las tcnicas de anlisis del lubricante, la medida de los impulsos de choque, el anlisis del espectro de corriente, etc.

2.4. INSPECCIN VISUAL Esta tcnica de verificacin es, en primera instancia, la ms simple de cuantas es posible utilizar. No obstante, merced a la sofisticada instrumentacin disponible actualmente, puede hacerse tan compleja, o ms, que cualquier otra. En efecto, sus mtodos de aplicacin abarcan desde la simple inspeccin visual directa17

de la mquina o piezas en estudio de la misma, pasando por la utilizacin de microscopios, o el uso de lmparas estroboscpicas, hasta llegar a la utilizacin de complicados sistemas endoscpicos. Considerado como un parmetro significativo para el anlisis del estado de la mquina, la sensibilidad del mismo se limita a aquellos defectos que son perceptibles fsicamente, tales como grietas, desgaste o deterioro superficial, soltura de los elementos de fijacin, cambios de color, huellas en los cojinetes, etc. Presenta algunos inconvenientes derivados, en primer lugar, de la falta de accesibilidad de muchos elementos de la mquina, que slo es posible visualizar cuando la mquina est desmontada o, al menos parada; y, en segundo lugar, de que slo pueden observarse defectos superficiales, pasando por completo inadvertidos los fallos internos del material, o bien aquellos que quedan ocultos por la pintura, el xido o la suciedad de las superficies. Pese a su simplicidad, escaso coste y facilidad de utilizacin, esta tcnica no debe, en modo alguno, infravalorarse. Son numerosos los casos en los que el origen de algn defecto slo es descubierto tras realizar un minucioso examen visual de las "huellas" del mismo. Salvo para aquellos fallos o defectos que resultan evidentes, la utilizacin de esta tcnica, como herramienta de diagnosis, requiere una gran experiencia, ya que, por un lado, es preciso conocer las relaciones causa efecto entre algunas evidencias y su posible origen, y por otro lado, resulta frecuente que pequeos indicios de un defecto pasen desapercibidos. Puede resultar sorprendente la enorme experiencia y conocimiento que, tras largos aos de desempeo profesional, llegan a alcanzar los tcnicos de mantenimiento en el reconocimiento directo de fallos mediante la "simple" inspeccin visual. Puede constatarse que, desde reglas de diagnosis de mbito muy concreto hasta reglas fcilmente generalizables con carcter universal, la cantidad de conocimiento concreto a cada dominio puede ser tan amplia que se puede afirmar que esta tcnica rene, por s sola, caractersticas ms que suficientes para ser objeto exclusivo de implementacin en un sistema experto.

2.5. LQUIDOS PENETRANTES Esta prueba no destructiva de inspeccin se usa para encontrar fisuras superficiales o fallos internos del material que presentan alguna apertura en la superficie. La prueba consiste bsicamente en la aplicacin de lquidos o tinturas especiales sobre la superficie a inspeccionar, y comprobar posteriormente las huellas depositadas sobre una superficie auxiliar de contacto. El proceso comienza limpiando concienzudamente la superficie del material a ser estudiado. Esta superficie debe quedar libre de cualquier revestimiento o pintura. El siguiente paso es la aplicacin de una capa uniforme de tintura, ya sea visible o ultravioleta. Una vez hecho esto, debe dejarse transcurrir un tiempo para que la tintura penetre en las rupturas o grietas que existan en la superficie en cuestin. Transcurrido el tiempo pertinente, la tintura debe quitarse de toda la superficie. Cuando la superficie se encuentra libre de cualquier resto de tintura, se pone sobre la misma un material de contacto muy absorbente. Este material extrae la tintura que ha quedado dentro de las grietas o agujeros de la superficie, y que no pueden ser eliminadas mediante la simple limpieza efectuada anteriormente. El examen de las huellas de tintura depositadas sobre este material de contacto indica la ubicacin de los fallos del material inspeccionado. 2.6. PARTCULAS MAGNTICAS

Al igual que la tcnica de lquidos penetrantes, esta prueba no destructiva de inspeccin se usa para encontrar fisuras en el material, si bien stas, a diferencia de antes, pueden ser tambin no superficiales.

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Esta tcnica usa el principio de magnetizacin de un material ferromagntico al ser sometido a un campo magntico, por lo que no es adecuada en aquellos casos en los que el material a examinar no puede magnetizarse, por ejemplo: latn, cobre o aluminio. Del mismo modo que anteriormente, el proceso comienza limpiando concienzudamente la superficie del material a ser estudiado. Es preferible que la superficie quede libre de cualquier revestimiento, xido, aceite, grasa o pintura, que puedan alterar la distribucin de flujo magntico sobre el material. Seguidamente se aplica un campo magntico uniforme sobre el material, de manera que se creen unas lneas de flujo regulares en ste. A continuacin se esparcen, sobre toda la supejrficie en estudio, partculas magnticas de pequea dimensin, de modo que su peso y forma no sea obstculo para su libre desplazamiento, adaptndose a las lneas del campo magntico existente, sobre la superficie del material. Por ltimo, del examen del modelo de distribucin adoptado por las partculas, pueden extraerse conclusiones acerca de las discontinuidades del material.

2.7. INSPECCIN RADIOGRFICA Esta tcnica est especialmente indicada para la deteccin de fallos internos del material, y ms concretamente la existencia de grietas, burbujas o impurezas interiores. Si quiere realizarse un anlisis exhaustivo deber inspeccionarse, al menos, en dos direcciones distintas, puesto que de lo contrario podran pasar desapercibidas las grietas abiertas en el mismo sentido que el de la radiacin. La inspeccin radiogrfica es una de las tcnicas ms utilizadas para la deteccin de fallos internos en el material y muy particularmente en uniones soldadas. Su utilizacin y anlisis constituyen objeto de numerosos estudios, en los que la experiencia adquiere un papel sumamente importante. Existen algunos precedentes de sistemas de procesamiento de imgenes radiogrficas, con fines de deteccin de fallos en el material [Vilar & Zapata, 1994], as como de sistemas expertos de deteccin de fisuras en materiales mediante inspeccin radiogrfica [Zhao & Luo, 1992], lnea en la que se sigue investigando actualmente.

2.8. ULTRASONIDOS Se denominan ultrasonidos a aquellas ondas cuya frecuencia es ms elevada que el umbral superior de audibilidad humana, que se encuentra en torno a los 20 KHz, aproximadamente. Sin embargo, algunas frecuencias del margen audible tambin son utilizadas en ciertas aplicaciones ultrasnicas. El margen superior de estas frecuencias puede llegar hasta los 109 Hz, lo que supone una longitud de onda del orden de 8-10"6 m, en los cuerpos slidos, que comporta una gran absorcin de estas ondas, en dichos materiales. La existencia de los ultrasonidos se conoce desde el ao 1883, por los trabajos realizados por Galton, relacionados con los lmites de audicin humana, al experimentar con un elemento resonante de alta frecuencia para medir el lmite superior de frecuencia de respuesta del odo humano.

Los ultrasonidos se engendran y detectan mediante los fenmenos de piezoelectricidad y magnetostriccin. Son ondas elsticas de la misma naturaleza que el sonido, producidas por movimientos vibratorios. Actualmente, gracias al desarrollo de las tcnicas de corrientes de alta frecuencia, se producen sonidos cuya frecuencia alcanza los 109 Hz. Por encima de esta frecuencia, la propagacin de estas ondas slo puede estudiarse en los medios slidos

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sometidos a muy bajas temperaturas. Los fenmenos elementales que entran enjuego a estas frecuencias, as como las tcnicas de produccin, son diferentes a las del caso de frecuencias ms bajas; por esta razn, cuando se trata de frecuencias superiores a 109 Hz se habla de hipersonidos, cuyo lmite superior de frecuencia parece ser del orden de 1013 Hz. Existen tres lneas principales de aplicacin de las tcnicas de inspeccin por ultrasonidos:

1. Tcnica de verificacin -directa- del estado de materiales para la deteccin de grietas. 2. Tcnica de verificacin -indirecta- del estado de rodamientos, mediante la medicin de las emisiones ultrasnicas. 3. Tcnica de verificacin -indirecta- del estado de cierres, sellos y uniones, mediante la deteccin de emisiones ultrasnicas.

2.8.1. Deteccin de grietas mediante ultrasonidos El ensayo ultrasnico es actualmente el mtodo ms comn de control de calidad de materiales, especialmente en las industrias que fabrican materiales gruesos, donde la inspeccin mediante rayos X se muestra insuficiente, al ser absorbidos -en parte- por el material. Esta tcnica constituye, hoy en da, la prueba ms fiable para analizar la estructura interna del material sin provocarle dao alguno. Los programas de mantenimiento tambin pueden beneficiarse de esta tcnica, ya que, durante las inspecciones, pueden detectarse fallos en la estructura de los materiales, ocasionados principalmente por fatiga del material, corrosin, o debido a defectos de fabricacin. Dadas las caractersticas de estas ondas, se tiene que la velocidad de desplazamiento de las partculas del material, durante el paso de la onda ultrasonora, es, en general, pequea con relacin a la velocidad de la agitacin molecular. Esto permite admitir que su propagacin sigue casi las leyes de la ptica geomtrica: propagacin rectilnea y formacin de zonas de sombra. Gracias a esta propiedad, los ultrasonidos pueden aplicarse para la deteccin de obstculos y discontinuidades en un medio. Midiendo el tiempo transcurrido entre la emisin de una seal y la recepcin de su eco, y conociendo la velocidad de propagacin de la misma en el material, se puede determinar la distancia. Adems, gracias a su directividad, es posible determinar la direccin en la que se halla el obstculo. Esta tcnica, por lo tanto, adems de indicar la existencia de grietas en el material, presenta la ventaja de ofrecer una estimacin de su tamao, lo que la hace especialmente til como tcnica predictiva, puesto que permite llevar un seguimiento del estado y la evolucin del defecto, y programar la reparacin antes de que se produzca el fallo catastrfico. Presenta, sin embargo, el inconveniente de que sus resultados no son igualmente fiables en todos los materiales, debido a la atenuacin de las ondas que se produce en el seno de los mismos. No obstante, resulta de fcil aplicacin en los materiales ms comnmente utilizados tales como aceros, fundicin y aluminio.

2.8.2. Verificacin del estado de los rodamientos a travs de ultrasonidos Como tcnica -indirecta- de verificacin, la inspeccin y monitorizacin de los rodamientos mediante tcnicas ultrasnicas es considerada por algunos como una de las tcnicas ms seguras para la deteccin de fallos incipientes en los mismos. Los primeros20

indicios del fallo por fatiga en las pistas de rodadura o en los elementos rodantes, endurecimiento de las mismas y el exceso o falta de lubricante, pueden ser detectados haciendo uso de esta tcnica. Segn experimentos realizados por la agencia aeroespacial americana NASA, cuando el metal en las pistas, rodillos o bolas del rodamiento comienza a sufrir el fenmeno de fatiga, empieza a ocurrir una sutil deformacin, que se pone de manifiesto por un incremento, del orden de 10 a 20 dB, en la amplitud de la emisin ultrasnica producida por la rodadura.

2.8.3. Deteccin de fugas mediante ultrasonidos

La medicin de ultrasonidos se muestra como una tcnica especialmente apta para detectar la presencia de fugas localizadas en procesos, tales como sistemas de vapor o aire. Cuando, en un elemento de cierre o sellado, existe una fuga, se produce un trasiego de producto desde el lado de altas presiones hasta el de presin ms baja. Este movimiento viene seguido de una rpida expansin que produce flujos turbulentos. Este flujo turbulento est siempre acompaado de fuertes componentes ultrasnicos, por lo que su deteccin y medida constituye un medio eficaz de inspeccin de los elementos mencionados.

2.9. ANLISIS DEL LUBRICANTE

Las funciones que desempean los aceites lubricantes, en un sistema mecnico, son las siguientes [Krouse, 1980]: 1. Disminucin de las prdidas por rozamiento. 2. Proteccin de los elementos mecnicos contra el desgaste y la oxidacin. 3. Evacuacin de calor de los elementos lubricados.

4. - Recepcin de las impurezas, partculas del desgaste o agentes contaminantes. En algunos dispositivos mecnicos, la presencia del lubricante es imprescindible para su correcto funcionamiento, de tal modo que su ausencia, o la carencia del nivel adecuado, es causa inevitable de fallo catastrfico en el dispositivo al cabo de poco tiempo. En efecto, al disminuir (o desaparecer) la lubricacin, se produce, por un lado, una reduccin de la pelcula de lubricante interpuesto entre los elementos mecnicos, dotados de movimiento relativo entre s, lo que provoca un aumento del desgaste superficial de los mismos. Por otro lado, se produce un aumento importante de las fuerzas de rozamiento, que se traduce en un aumento de la temperatura, pudiendo llegar a producir la fusin de los materiales o provocar la dilatacin de las piezas en contacto, hasta el extremo de bloquear su movimiento. El control del nivel de lubricante es, pues, necesario para asegurar un funcionamiento correcto del sistema mecnico. La observacin de un nivel de lubricacin insuficiente puede dar respuesta a determinadas anomalas funcionales, detectadas mediante otros parmetros relevantes, tales como un aumento de Temperatura, mayor nivel de Spike Energy, elevacin de los valores de Spike Noise, etc. Por este motivo, el nivel del lubricante constituye un parmetro de significacin funcional de la mquina, y su seguimiento, una tcnica de verificacin sumamente recomendable. Por otra parte, el aceite recibe todas las partculas procedentes del desgaste de las piezas lubricadas, por lo que de su anlisis puede extraerse una valiosa informacin acerca del estado21

superficial de dichas piezas, y procurar una estimacin de la vida remanente de las mismas. Los resultados obtenidos, pueden alertar del fallo antes incluso que otras tcnicas de verificacin ms utilizadas, como puede ser la medicin del nivel de vibracin. Adems, la presencia en el aceite de agentes contaminantes, puede dar indicios de las causas de la aparicin de ciertos defectos en la mquina, o, cuanto menos, proporcionar un valor lmite al perodo de vida del lubricante, especialmente en ambientes industriales hmedos, corrosivos o sucios. Los mtodos de anlisis de contaminantes del aceite, pueden clasificarse en tres grupos [Valverde, 1996]:

I.

Mtodos de deteccin directa. Haciendo circular al aceite a travs de un dispositivo que es sensible, de alguna manera, a las partculas contaminantes. El mtodo ms simple es la observacin, en un vaso transparente interpuesto en el circuito, de la turbidez del aceite. Mtodos de recoleccin de partculas. Las partculas son recolectadas en algn dispositivo interpuesto en el circuito de lubricacin. El principal exponente de estos mtodos consiste en la utilizacin de filtros, dentro de una amplia gama de posibilidades.Otra tcnica, encaminada a la deteccin de partculas procedentes del desgaste, se basa en la retencin de las partculas metlicas en dispositivos magnticos. Anlisis de muestras del lubricante. Consiste en la extraccin de una muestra del lubricante para proceder a su anlisis. Existe una gran variedad de tcnicas distintas de anlisis, cada una de las cuales presenta unas caractersticas propias. Algunas de las ms utilizadas son: la espectrometra, la ferrografia, la medicin de la constante dielctrica, el estudio de la mancha de aceite, el anlisis de viscosidad, etc.

II.

III.

2.10. MEDIDA DE LA PRESIN Dependiendo del tipo y las caractersticas de la mquina, la medida de la presin puede referirse -principalmente- a la presin del proceso o a la presin de lubricacin. Aunque la vigilancia de las presiones es de vital importancia para la buena marcha de los equipos, y suele ser un parmetro muy importante en el control de los procesos, no es normalmente un parmetro que se incluya en los programas de mantenimiento predictivo. Sin embargo, la informacin que su medida proporciona, puede ser de gran ayuda a la hora de descartar o confirmar la presencia de ciertos defectos, cuando es utilizado junto con otras tcnicas de verificacin. La informacin que proporciona la medida de la presin presenta dos aspectos de inters: su valor medio y la estabilidad de los valores instantneos en torno a dicho valor. En lo que se refiere a la presin de proceso, el conocimiento de los dos extremos indicados puede aportar informacin muy til en el examen de defectos tales como la cavitacin, la condensacin del vapor o la existencia de golpes de ariete. En cuanto a la presin de lubricacin, algunas anomalas funcionales en los cojinetes, o ciertos problemas en los cierres, pueden ser consecuencia directa de una presin de lubricacin insuficiente o poco estable. 2.11. MEDDAS DE LA TEMPERATURA 2.11.1. Introduccin

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Al igual que sucede con la presin, el control de la temperatura de proceso tambin puede tener mucha importancia en la buena marcha del mismo. Sin embargo, desde el punto de vista predictivo esta temperatura no suele utilizarse. Cosa bien distinta sucede con la temperatura que se alcanza en diferentes elementos de una mquina, cuya estabilidad dentro de un rango de valores es fundamental para su correcto funcionamiento. As, la temperatura del lubricante, la temperatura en los rodamientos o cojinetes, la temperatura en los bobinados o la temperatura del lquido refrigerante, constituyen parmetros de gran inters en la prediccin del fallo de la parte referida de la mquina, y, por ende, de la mquina misma.

2.11.2. Temperatura de lubricacin Una de las propiedades ms importantes de un lubricante es su viscosidad. El requisito bsico para un lubricante es que posea la viscosidad correcta a la temperatura de trabajo, de manera que, dadas dos superficies dotadas de movimiento relativo entre s, la pelcula intermedia de lubricante evite su contacto directo [SKF, 1992]. Una elevacin excesiva de la temperatura de trabajo, puede producir una disminucin peligrosa de la viscosidad del lubricante (en funcin del ndice de viscosidad de ste), de modo que la pelcula de lubricante puede llegar a romperse, en cuyo caso se producira el contacto entre las superficies en movimiento, con las mltiples consecuencias negativas que ello acarrea siempre.

2.11.3. Temperatura en los rodamientos y cojinetes de deslizamiento La medida de la temperatura en los rodamientos y en los cojinetes es una prctica habitual en las mquinas criticas de un proceso, llegando en algunos casos a producirse una condicin de alarma o incluso de paro de la mquina cuando sta sobrepasa un valor prefijado. La aparicin de un deterioro en los caminos de rodadura de un rodamiento, produce siempre un aumento de su temperatura de trabajo, sin embargo, sta no evoluciona hasta valores altos ms que poco tiempo antes de producirse la destruccin del rodamiento. Por lo tanto, la elevacin de la temperatura constituye una indicacin dbil del estado del rodamiento, pero es muy adecuada como sntoma de alarma para evitar el fallo del mismo. El aumento de la temperatura de trabajo de un rodamiento tiene consecuencias negativas tanto para el lubricante utilizado, que ver disminuida su viscosidad, como para los materiales y el tratamiento superficial de las pistas de rodadura y de los elementos rodantes (bolas, rodillos, etc.). Valores muy elevados de la temperatura, pueden producir alteraciones en el color del material, dilataciones excesivas que pueden llevar al agarrotamiento de los cuerpos rodantes o, incluso, producir la fusin del material. Tanto en los cojinetes como en los rodamientos, el exceso o la falta de lubricante, as como una reduccin de sus propiedades, se manifiestan como un aumento de temperatura. Otros motivos frecuentes, adems del deterioro de las superficies, son: la presencia de impurezas o agentes contaminantes en el lubricante, un juego inadecuado, el roce excesivo con las obturaciones y las sobrecargas. Por lo tanto, la medida de la temperatura en los rodamientos y en los cojinetes constituye un parmetro complementario de otras tcnicas, que puede contribuir de forma positiva a concretar un diagnstico diferencial. 2.11.4. Temperatura de los bobinados El control de la temperatura de los bobinados se viene haciendo de forma sistemtica en

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las grandes mquinas elctricas, donde las corrientes pueden alcanzar valores elevados, tanto para actuar sobre los sistemas de refrigeracin, como para producir alguna condicin de alarma con el fin de proteger los aislamientos y evitar deformaciones de la chapa. Desde el punto de vista predictivo, su inters se centra en la deteccin de sobrecargas o fallo en los bobinados, bien sea por defecto de aislamiento o por interrupcin en alguna fase. Un aumento de temperatura en los bobinados, tambin puede ser consecuencia de un fallo en el sistema de refrigeracin, ya que el calor generado por el paso de la corriente elctrica encuentra mayores dificultades para su evacuacin.

2.11.5. Temperatura del refrigerante Una de las principales limitaciones a la potencia de una mquina, es la elevacin de su temperatura con la carga. Los sistemas de refrigeracin tienen por finalidad mantener una temperatura correcta de trabajo, mediante la evacuacin del calor generado durante el funcionamiento. Por lo tanto, un aumento de la temperatura en el circuito de refrigeracin es indicativo de una condicin funcional anmala en la marcha del equipo o en el sistema auxiliar de refrigeracin. Una de las consecuencias de una elevacin excesiva de la temperatura en el refrigerante, es la dilatacin de los materiales por encima de los valores de tolerancia previstos. Algunos problemas de desalineacin, roce, excentricidades, agarrotamientos, deformaciones en la carcasa, etc., pueden explicarse a partir de unos valores de temperatura elevados, por lo que el conocimiento de los mismos puede aportar informacin valiosa para la diagnosis de dichos problemas.

2.11.6. Termografa La termografa es una tcnica que utiliza la fotografa de rayos infrarrojos para detectar "zonas calientes" en dispositivos electromecnicos. Mediante esta tcnica es posible controlar de forma continua o peridica, el estado de calentamiento de un material, comparndolo con su estado normal o de referencia. Es importante recordar que slo permite visualizar el nivel calrico de una superficie mediante la radiacin trmica considerada en la medicin. Esta radiacin tiene una potencia y una longitud de onda que, para un mismo objeto, dependen de su temperatura. La causa inicial de un calentamiento puede tener distintos orgenes, pero puede establecerse una clasificacin en tres grupos: Mecnicos. La causa principal proviene de la friccin entre elementos sometidos a un movimiento relativo entre ellos. Tambin puede proceder de la conversin de cualquier otra forma de amortiguacin en el seno del material, principalmente por histresis y amortiguamientos viscosos. Elctricos. Debido fundamentalmente al efecto Joule, propio de los elementos resistivos de cualquier circuito elctrico. Cuanto mayor es la intensidad de corriente en el bobinado de una mquina, mayor es la energa calorfica producida. Trmicos. Como consecuencia de procesos de origen trmico, tales como defectos de calorifugacin, modificacin en las condiciones de aislamiento, degradaciones o variaciones en procesos trmicos, etc. Mediante la termografia pueden crearse imgenes trmicas cartogrficas que pueden ayudar a localizar las fuentes de una perturbacin, siempre que sta tenga algn efecto trmico sobre el dispositivo estudiado.24

2.12. IMPULSOS DE CHOQUE Dentro de las tcnicas de mantenimiento predictivo, tienen suma importancia las que se refieren al anlisis del estado de los rodamientos, por constituir stos, elementos fundamentales de una proporcin muy elevada de mquinas, a los que se exige una gran capacidad de carga, condiciones de trabajo duras y cambiantes, y una alta fiabilidad. La tcnica de la medida de los impulsos de choque fue introducida por la firma comercial sueca SPM (Shock Pulse Method), que adopt el mismo nombre que el propio mtodo desarrollado. Las mediciones por el mtodo SPM proporcionan una medida indirecta de la velocidad de choque entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura, es decir, la diferencia de velocidad entre dos cuerpos en el instante del impacto. Los impactos de tipo aleatorio producidos entre las asperezas superficiales de las caras de rodadura de los elementos de un rodamiento, generan, en el material, ondas de presin de naturaleza ultrasnica. Estas ondas, que se denominan comnmente impulsos de choque, se propagan a travs del material, pasando del rodamiento al asiento del mismo. La experiencia confirma que existe una relacin directa entre el estado de un rodamiento y el valor y la secuencia de los impulsos de choque. Dado el carcter ultrasnico de estas ondas, la medicin de las mismas se realiza mediante un transductor piezoelctrico, en contacto directo con el soporte del rodamiento, cuya frecuencia de resonancia mecnica (generalmente 32 KHz) se encuentra precisamente en la misma banda de frecuencias del frente de ondas transmitido. El transductor convierte las ondas mecnicas en seales elctricas que son enviadas al instrumento de medida. Para mejorar su sensibilidad, el transductor se sintoniza elctricamente a su frecuencia de resonancia a travs de un circuito inductivo.

TEMA 4 - LUBRICACIN

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4.1. INTRODUCCIN La lubricacin constituye una funcin importante dentro del mantenimiento que soporta el proceso productivo. Prcticamente todos los componentes mecnicos de mquinas que estn en movimiento ruedan o deslizan sobre otras superficies Si las superficies no estn adecuadamente lubricadas pueden desgastarse con rapidez consumir una gran cantidad de energa para el movimiento. En el funcionamiento de equipos, muchas deficiencias de funcionamiento, excesos en costes de reparacin y tiempos de parada son debidos a una lubricacin inadecuada. Por otro lado, el entorno industrial habitual contiene silicatos, xidos, limaduras de metal y otros materiales abrasivos que, si acceden al espacio entre dos superficies que contactan con movimiento relativo, ocasionan ralladuras y aceleran el desgaste La presencia de un sistema adecuado de lubricacin puede eliminar esta posibilidad, sirviendo de barrera que se opone a la entrada de estos elementos y, en caso de llegar a entrar, sirviendo de vehculo de eliminacin. Un programa de lubricacin bien planeado y correctamente implementado est diseado para colocar la cantidad adecuada del material adecuado en el sitio adecuado y en el instante adecuado, con el objetivo de incrementar la vida til de los componentes, reducir costes de mantenimiento y reducir costes de energa de accionamiento La utilizacin de lubricantes en maquinaria industrial puede tener diferentes y variados objetivos. Las funciones ms importantes que se atribuyen a los lubricantes son las siguientes: Reducir la friccin y la energa de accionamiento. La inclusin de un fluido lubricante reduce el coeficiente de friccin de dos superficies materiales en contacto. Dado que la fuerza de friccin se opone al movimiento, la lubricacin reduce dicha oposicin y con ello la energa necesaria para el accionamiento. Adems, al ser menores las fuerzas de oposicin, las fuerzas internas que han de soportar las diferentes partes de la mquina tambin son menores, incrementndose la resistencia de los componentes frente al fenmeno de la fatiga.o

Reducir el desgaste. Cuando dos superficies estn presionadas una contra la otra y poseen un movimiento relativo, se produce desgaste debido a la rugosidad superficial (que presenta picos y valles microscpicos en forma de dientes de sierra de manera que los de una superficie se incrustan en los de la otra, siendo arrancados durante el movimiento). Cuando el sistema est lubricado adecuadamente, los valles se llenan de lubricante (figura 2.1), existiendo una pelcula que separa ambas partes. Esta pelcula se interpone entre ambas superficies, evitando el contacto entre materiales y eliminando con ello la posibilidad de desgaste.o

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Figura 2.1. Ubicacin del lubricante entre dos piezas con movimiento relativo

Disipar calor. Otra funcin de los lubricantes es absorber calor y transferirlo fuera de las superficies en contacto. Sin embargo, la capacidad de disipacin de un sistema de lubricacin es limitada y, con frecuencia, se requiere de otro sistema de refrigeracin independiente. En ocasiones, es el propio lubricante el que se pasa a travs de un intercambiador para su enfriamiento con el fin de incrementar la capacidad de disipacin de calor del sistema. En cualquier caso, la temperatura del lubricante puede servir como indicador de la temperatura de funcionamiento de la mquina y, as, se puede utilizar para prevenir los fallos cuyo sntoma es el incremento de temperatura.o

Prevenir contra la oxidacin, corrosin y herrumbre. La existencia de una pelcula de lubricante en la superficie de los metales es de especial importancia para evitar que estos fenmenos se produzcan. Durante el funcionamiento, esta pelcula evita el contacto del metal con el agua, con el aire y con posibles cidos, que son agentes corrosivos para los metales puros. Incluso durante el almacenamiento, muchos elementos mecnicos (rodamientos, engranajes, etc.) son cubiertos con lubricante para evitar su oxidacin.o

La oxidacin es un problema especialmente importante en industrias martimas, de tratamiento de productos explosivos, qumicas y de alimentacin, entre otras. Estas industrias necesitan equipos mecnicos aptos para trabajar en ambientes muy oxidantes y emplean lubricantes especiales que incorporan aditivos que mejoran la proteccin.o

Prevenir contra la contaminacin y el depsito de partculas slidas. En muchos casos, la lubricacin impide la entrada de partculas slidas al contacto entre las superficies. En otros casos, la lubricacin recirculada sirve de caudal al que se vierten todas las pequeas partculas generadas durante el funcionamiento normal de la mquina. Este caudal de lubricante puede ser filtrado consiguiendo el aislamiento y la extraccin de dichas partculas. De esta forma se consigue prevenir las superficies contra posibles ralladuras que ocasionaran las partculas de material. Amortiguar impactos. El lubricante atrapado entre dos superficies curvas que se comprimen una contra la otra por sus partes convexas (por ejemplo, los dientes de un engranaje) es gradualmente comprimido a medida que las superficies se acercan hasta el contacto. Esta presin disminuye progresivamente a medida

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que el lubricante es expulsado de la zona de contacto. Este fenmeno incrementa la progresividad del contacto y produce el amortiguamiento del impacto. As, por ejemplo, se evita el castaeteo de los dientes de engranajes cuando entran en contacto.o

Amortiguar ruidos. De manera asociada a la amortiguacin de impactos, los lubricantes en mquinas previenen contra la contaminacin del ambiente de trabajo por ruidos debido al funcionamiento ms suave de todos los elementos lubricados. Transmitir potencia. Los sistemas hidrulicos de aplicacin de fuerzas se sirven de un fluido a presin para transmitir potencia entre diferentes puntos. En la actualidad este fluido es, en casi todos los casos, un lubricante debido a que otros fluidos comunes (como el agua) son corrosivos u oxidantes para los metales del sistema El lubricante no solamente no es corrosivo sino que, adems, cuenta con las importantes funciones bsicas descritas anteriormente, lo que lo hace especialmente indicado

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Como se observa, la utilizacin de un sistema de lubricacin adecuado durante d funcionamiento de mquinas y sistemas mecnicos resulta imprescindible. Su mal funcionamiento o su falta de utilizacin se traduce en gran cantidad de problemas que suelen derivar en un considerable gasto econmico.

4.2. ESTADOS DE LUBRICACIN Se conoce como estado de lubricacin a cada una de las posibles situaciones de dos superficies en movimiento relativo cuando existe un lubricante entre ellas. Aunque se puede encontrar una variacin continua de estados de lubricacin, estos estn clasificados en seis categoras que se exponen a continuacin: Lubricacin de pelcula gruesa o de pelcula completa. Es el estado ideal en el que la pelcula de lubricante permanece gruesa en todo momento, previniendo el contacto entre las superficies. Cuando se logra este tipo de lubricacin, la importancia del acabado superficial del material disminuye, por lo que nicamente es necesario que el material resista las tensiones provocadas por el movimiento relativo y las fuerzas de compresin.o

Lubricacin lmite y escasa. Son estados en los que coexisten dos fenmenos: contacto superficial entre los slidos y existencia de pelcula de lubricante en los valles de la rugosidad superficial. En la lubricacin lmite, pese a la existencia de lubricante, el efecto dinmico de sustentacin de la carga es nulo y la carga es soportada ntegramente por el contacto metal-metal. Por otro lado, en la lubricacin escasa existe lubricante entre las superficies pero ste no llega a ser suficiente para separar completamente las superficies, existiendo contacto entre los picos mayores de la rugosidad superficial. Esto perturba las condiciones para obtener un flujo laminar de manera que slo una parte de la carga es soportada por las acciones hidrodinmicas, siendo la otra parte soportada por el contacto metal-metal.o

o Los motivos que pueden llevar a la pelcula de lubricante de una situacin de pelcula gruesa a una situacin escasa pueden ser muy variados: superficie de contacto

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insuficiente, disminucin de la velocidad relativa entre las superficies (posiblemente durante el arranque y la parada de la mquina), disminucin de la cantidad de lubricante que accede a la interfase, incremento de la carga entre los slidos en contacto, incremento de la temperatura (disminucin de la viscosidad), etc. En una mquina en funcionamiento, el cambio de lubricacin de pelcula gruesa a lubricacin lmite no es repentino ni instantneo. Siempre ocurre primero un estado intermedio a los dos. A partir de ah, dependiendo de la evolucin de las condiciones de funcionamiento, el sistema tender hacia uno u otro estado. El problema fundamental de la lubricacin lmite es que, debido al contacto entre las superficies, no realiza adecuadamente las funciones bsicas de la lubricacin. Por ello, las superficies terminan por sufrir el desgaste e incrementar sensiblemente su temperatura. Este aumento puede provocar microsoldaduras que, al continuar el movimiento relativo de las piezas, producen sucesivos arranques microscpicos de material, provocando un deterioro muy acelerado de las superficies. Sin embargo, algunas combinaciones de metales poseen coeficientes de friccin muy bajos y son capaces de soportar cargas considerables sin llegar a soldarse. Otras soluciones van en la lnea de utilizacin de lubricantes slidos (grafito, disulfuro de molibdeno, etc.). Por otro lado, el funcionamiento de un sistema en lubricacin lmite puede verse afectado positivamente por la inclusin de ciertos aditivos en el lubricante. Estos aditivos previenen contra una friccin excesiva proporcionando un lubricante de mayor resistencia. Lubricacin hidrodinmica. Corresponde a un estado similar al estado de pelcula gruesa. En l, las presiones que el movimiento relativo produce en la pelcula de lubricante de la interfase son suficientes para mantener las superficies separadas, soportando la carga de los elementos a los que corresponden dichas superficies. En este estado, la forma y el movimiento relativo de las superficies es lo nico que provoca la formacin de una pelcula de lubricante continua con la suficiente presin para soportar las cargas. Si el movimiento cesa, la pelcula de lubricante se interrumpe dando lugar al contacto directo entre las superficies.o

Lubricacin parcialmente hidrodinmica. Es un estado de lubricacin hidrodinmica en el que las condiciones de funcionamiento no son ideales y la pelcula de lubricante presenta un espesor intermedio entre lubricacin de pelcula gruesa y lubricacin escasa.o

Lubricacin hidrosttica. Ocurre cuando el lubricante es inyectado a presin en la zona de contacto, soportando las cargas e impidiendo el contacto entre las superficies independientemente de que haya movimiento relativo entre ellas o no. Con frecuencia se disea una lubricacin hidrosttica en sistemas que generan una gran cantidad de calor (por ejemplo, en cojinetes de friccin de alta velocidad) ya que el caudal saliente de lubricante es mucho mayor (ya que la circulacin es forzada) y el sistema sirve para evacuar el calor que se genera debido a la friccin viscosa.o

Lubricacin elastohidrodinmica. Es el estado que ocurre cuando un lubricante es introducido entre superficies que estn en contacto con un movimiento relativoo

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de rotacin (tales como las bolas de un rodamiento y la pista sobre la que ruedan). Intuitivamente se puede pensar que el lubricante es forzado a salir fuera del contacto, apareciendo el contacto directo entre metales. Sin embargo, ante una gran presin, la viscosidad del lubricante crece enormemente (decreciendo cuando cesa la presin) y esto impide la expulsin completa del mismo. As, el contacto entre las partes no llega a suceder ya que an permanece una delgadsima pelcula que lo impide.

4.3. PROPIEDADES Y COMPOSICIN DE LOS LUBRICANTES La seleccin del lubricante se realiza en funcin de la aplicacin a la que va destinado. Dependiendo de su aplicacin, se requerir que el lubricante posea determinadas propiedades en cierto grado. Estas propiedades dependen de la materia base del lubricante, pero algunas pueden ser mejoradas por medio de aditivos logrando lubricantes especializados que sirven para aplicaciones especficas.

4.3.1. PROPIEDADES DE LOS LUBRICANTES Las principales propiedades de los lubricantes son las siguientes: Viscosidad absoluta o dinmica. Es un indicador de la resistencia del lubricante a fluir. Se define como el cociente entre la tensin cortante aplicada y la velocidad relativa conseguida por unidad de espesor de pelcula de lubricante. Su unidad principal es el centiPoise (cP = 10-3 Pas). As, esta propiedad muestra, por ejemplo, la lentitud con la que fluye el lubricante desde la interfase entre las superficies hacia afuera por las ranuras existentes. En igualdad del resto de condiciones, cuanto mayor sea la viscosidad, ms lento ser este flujo.o

Viscosidad cinemtica. Se define como el resultado de dividir la viscosidad dinmica de un aceite por su densidad, expresadas ambas a una determinada temperatura. La unidad principal de medida de la viscosidad cinemtica es el centiStoke (cSt = mm2/s). Diferentes escalas de clasificacin de lubricantes han sido creadas a partir de esta propiedad. Las dos ms comunes son la escala SAE y la escala VG.o

La viscosidad SAE es una escala definida por la Society of Automotive Engineers (SAE) para aceites de automocin, que asigna un mismo nmero SAE a distintos rangos de viscosidades cinemticas, tal como se muestra en la tabla 2.1. Un nmero SAE no identifica de forma precisa la viscosidad de un lubricante sino que lo identifica como perteneciente a un determinado rango de viscosidades. Por otro lado, los llamados aceites de automocin multigrado, tienen una composicin especial para trabajar a diferentes rangos de temperatura. En estos aceites, el rango de temperaturas de funcionamiento viene calificado por dos nmeros SAE (por ejemplo, SAE 1 0W40). El primer nmero indica el rango de viscosidad del aceite a - 18C (posible situacin de arranque de un motor en invierno), mientras el segundo indica la viscosidad a 98,9C (es decir, similar a la temperatura del lubricante de un motor funcionando en rgimen trmico permanente). As, por ejemplo, un aceite multigrado SAE 10W40 presenta una viscosidad dentro del rango SAE 10W cuando est a una temperatura de -18C, pero presenta una viscosidad dentro del rango SAE 40 a

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98,9C. Dado que durante el arranque el lubricante debe ser poco viscoso (para una buena lubricacin en fro), conviene que el primer nmero sea bajo. Sin embargo, como durante el funcionamiento en rgimen permanente es recomendable que la viscosidad del lubricante no descienda excesivamente (para que la pelcula de lubricante entre las partes no se rompa), conviene que el segundo nmero sea alto.

Viscosidad Viscosidad mnima (cSt) mxima (cSt) a 100C a 100C SAE 0W Lubricante de motores 3,8 SAE 5W Lubricante de motores 3,8 SAE 10W Lubricante de motores 4,1 SAE 15W Lubricante de motores 5,6 SAE 20W Lubricante de motores 5,6 SAE 25W Lubricante de motores 9,3