Tribología de los Cojinetes

Ing. Roberto J. Leonetti

La función de los cojinetes de motor es la de guiar al cigüeñal en su movimiento.
La prolongada durabilidad y bajo rozamiento se logra por interponer entre la superficie de trabajo del cojinete y el eje una delgada película de aceite.


El desgaste del cojinete o del eje se produce cuando este película de aceite es demasiado delgada como para separar totalmente las micro regularidades de las dos piezas, las cuales al tocarse genera un fuerte frotamiento con desprendimiento de partículas que desgasta las partes. Esta lubricación imperfecta o semilíquida ocurre principalmente por fallas en la lubricación o sobrecargas mecánicas o térmicas.

Las características de los materiales de los cojinetes son críticas en aquellos momentos donde el contacto metálico es inevitable, debiendo soportar estas condiciones sin deteriorarse hasta que la película de aceite se restablezca.

La confiabilidad de un cojinete depende del espesor de la película de aceite lo que regula el margen de seguridad que existe para las sobrecargas.

Lubricación hidrodinámica
La genera el propio movimiento del eje. El eje en reposo se apoya en la zona opuesta a la carga o peso que soporta, dejando entre el y el cojinete un espacio en forma de media luna.
El aceite que llena este espacio es arrastrado al comenzar a girar el eje como consecuencia de la adherencia del aceite a las superficies metálicas.
Al llegar el lubricante a la zona de apoyo del eje y no poder seguir circulando se genera una presión en el aceite. Conforme aumenta las revoluciones del eje aumenta el volumen de aceite arrastrado y consecuentemente la compresión del aceite en esa área hasta que la presión así generada ejerce una fuerza sobre el eje igual y opuesto a la carga que soporta. En ese momento el eje deja de estar apoyado en el cojinete y comienza a “flotar “en aceite.
Si continuamos incrementando la velocidad del eje, mayor será la cantidad de aceite impulsado y por lo tanto la presión generada, por lo cual el eje se separa del cojinete dejando pasar el aceite sobrante a la carga o peso del eje. Esa elevación o separación es el espesor de la película de aceite.
En este fenómeno hay dos propiedades fundamentales del lubricante, la viscosidad y la capacidad de adherirse a las superficies metálicas.

Factores que afectan la película de aceite

Velocidad de eje: cuando incrementamos las revoluciones del eje aumenta la cantidad de aceite arrastrado y por ello se incrementa el espesor de la película de aceite.
Carga sobre el eje: las presiones generadas para balancear las mayores cargas producen un menor espesor de la película de aceite.
Viscosidad del aceite: al incrementar viscosidad mayor será la cantidad de aceite arrastrado, mayores será las presiones generadas y mayor será el espesor de la película de aceite.
Luz de aceite: cuando se incrementa la luz de aceite (diferencia entre el diámetro interno del cojinete y el diámetro exterior del eje) aumenta el ángulo de la cuña de aceite y por lo tanto menor el área del cojinete donde se generan las presiones hidrodinámicas. Estas deben ser más elevadas para generar en un área menor igual fuerza por lo que el espesor de la película de aceite disminuirá.
Relación ancho /diámetro: cuando menor es el ancho en relación al diámetro, mayor será el flujo de aceite que escapa axialmente y que no contribuye a generar presiones hidrodinámicas. A menor relación ancho/diámetro, menor espesor de película de aceite.
Factores de diseño: la ubicación de los orificios y ranuras de lubricación interfieren con las zonas de presiones hidrodinámicas.
Factores de instalación: la desalineación o falta de forma cilíndrica del alojamiento o del muñón provoca espesores menores de la película de aceite en esas áreas.



Espesor de la película de Aceite
El calculo del espesor de la película se basa en las formulas de Osborne Reynolds y Beauchamps Tower. La resolución de la ecuación de Reynolds por métodos analíticos no es simple por la necesidad de obtener el valor real de la viscosidad del aceite en la zona de trabajo, la cual depende de la temperatura.

Los métodos de diseño que omiten el balance de energía crean conclusiones erróneas en muchos casos. El incremento de la luz de aceite reduce el espesor de la película de aceite si la viscosidad se mantiene constante, pero aumenta si se considera que con ello aumenta el caudal de aceite y disminuye la temperatura de aceite aumentando la viscosidad real en la zona de trabajo. Con las facilidades actuales en computación la resolución de estas ecuaciones dejo de ser un problema.
Podemos analizar mediante modelos matemáticos en un cojinete la variación del espesor de la película de aceite para diversas circunstancias. Definiendo de esta forma la optima luz de aceite y los limites recomendables de la misma.


Cojinetes sometidos a cargas variables
Al modificarse la dirección e intensidad de la carga sobre el eje, como en un motor de C.I., este se desplazara dentro del cojinete para alcanzar una nueva posición de equilibrio (aproximadamente la zona menor espesor queda nuevamente opuesta a la carga)
Los movimientos el eje por la variación de la carga puede se representado por un diagrama de la trayectoria del centro del eje.

Si las cargas son cíclicas, también será cíclico los desplazamientos del eje y para cada punto del ciclo existirá una sola posición de equilibrio del eje dentro del cojinete.
En un motor de C.I. de 4 tiempos el ciclo de variación de cargas es de 720ª, por la que la trayectoria del eje dentro del cojinete también será de 720ª.

La estimación del posible desgaste de los cojinetes con cargas cíclicas se realiza analizando las trayectorias del centro del eje.
La distancia entre cada punto del ciclo y el círculo exterior es proporcional al espesor de la película de aceite. Si el punto de la trayectoria del centro del eje toca a este círculo exterior significa que consumió la luz de aceite existente, produciéndose un contacto metálico entre eje y cojinete.
De esta forma la aproximaciones de los puntos de la trayectoria del eje al circulo exterior son un indicador de las zonas del potencial desgaste del cojinete (la zona mas propensa al desgaste en la figura será la comprendida en los puntos del ciclo del motor de 180ª y 270ª).

Ubicación de los orificios y ranuras de lubricación
La localización de los orificios y ranuras de lubricación afectan las presiones hidrodinámicas generadas y por lo tanto al espesor de la película de aceite. Es imposible generar presiones hidrodinámicas en las zonas donde existen ranuras u orificios de lubricación.
En los cojinetes sometidos a cargas variables debe analizarse las presiones hidrodinámicas generadas en la película de aceite en cada punto del ciclo por posible interferencia de las ranuras y orificios de lubricación.
La ubicación del orificio y de las ranuras de lubricación debe estar en los valles del diagrama para no afectar la correcta alimentación del lubricante. (Recordaremos que las presiones hidrodinámicas son del orden 100 kg/cm2 contra 5km/cm2 del circuito de alimentación).

Deformaciones Mecánicas
Los modelos matemáticos que estudian el espesor de la película de aceite aceptan como hipótesis de trabajo un eje perfectamente redondo, sin inercia, microscópicamente suave,
Geométricamente perfecto, rígido y alineada con el cojinete lleno de un lubricante totalmente newtoniano. Los aceites reales varían su viscosidad en función de la presión y existen grandes deformaciones del cojinete y su alojamiento.

También los movimientos del eje dentro de los cojinetes producen alteraciones en el suministro de aceite. El aceite demora un cierto tiempo en recorrer la distancia entre el orifico de lubricación y la nueva área del cojinete bajo carga. Pueden generarse situaciones donde aparezcan zonas bajo cavitacion por insuficiente tiempo del aceite para alcanzarlas.

Materiales de cojinetes
Los requisitos básicos del material de un cojinete son:
Alta capacidad de carga
Poder de incrustación
Buena compatibilidad con el material del eje
Conformabilidad
Resistencia a la corrosión
Resistencia a la abrasión

Para cumplir alguno de estos requerimientos se deben emplear aleaciones blandas, casi plásticas, mientras que para otros lo requerido es una gran dureza. No hay material ideal para un cojinete y ello explica la existencia de una gran variedad de aleaciones.
Para motores con presiones hidrodinámicos altas, la dureza superficial del material es fundamental para evitar deformaciones plásticas de carga, mientras que en motores con películas de aceite delgadas, las propiedades tribologicas superficiales son fundamentales.
La elección del material del cojinete es el resultado de un compromiso entre una superficie tribologicamente apta para no dañar al cigüeñal cuando se interrumpe momentáneamente la película de aceite y ser suficientemente capaz de soportar esta situación sin desgastarse para que al restablecerse la lubricación se mantengan las condiciones iniciales.

En los motores con cojinetes trimetalicos con un respaldo de acero, capa base de CU-PB-SN y micropelícula el aumento de la dureza de esta última aumenta la resistencia a la abrasión. El aluminio al estaño tiene una gran resistencia a la abrasión.

No debe olvidarse la terminación del eje y su influencia sobre el desgaste del cojinete. Existen reglas, no siempre respetadas, para lograr una adecuada terminación del eje. Este proceso es crítico en los cigüeñales de fundición modular donde los módulos de grafito, que están rodeados por una matriz de ferrita, tienden a romper y emerger como lenguas de metal.
A menor rugosidad del eje menor será la película de aceite necesaria para funcionar sin problemas.
Flujo de aceite al cojinete
El sistema eje-cojinete es alimentado con el lubricante por un sistema presurizado para llenar los huelgos entre piezas.
El flujo pasante a través del cojinete disipa el calor generando por fricción por lo que influye directamente en la temperatura de trabajo del cojinete y depende:

 De la luz de aceite: varía con el cubo de la luz aceite.
 Del diámetro del cojinete: es directamente proporcional
 De la presión de alimentación: es directamente proporcional
 De la viscosidad dinámica: es inversamente proporcional
 Del ancho del cojinete: es inversamente proporcional
 De la existencia de ranuras de lubricación : aumentan el caudal
 De la ubicación del orificio de alimentación: aumenta si el mismo es halla en la zona de mayor excentricidad del cojinete (será cuatro veces mayor que si estuviera en la zona media).
 De la excentricidad del cojinete: aumenta el caudal al aumentar aquella.
 Del juego axial del cojinete.

El caudal requerido de lubricante es el necesario para disipar el calor generado en el cojinete.
Temperatura de funcionamiento
La generación de temperaturas del cojinete se debe el roce interno del lubricante por lo que será proporcional a la viscosidad del lubricante.
La disipación del calor se realiza por la circulación del aceite, siendo proporcional al caudal de aceite.
Cuando en el nivel del depósito de aceite disminuye (por ejemplo el carter de un motor) generalmente aumenta la temperatura del cojinete por disminuir el tiempo que el aceite tiene para disipar el calor adquirido.
El aumento de la viscosidad del aceite genera una mayor temperatura y por lo tanto una caída mayor de la viscosidad real.

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Extracto

CONTROL DE LA CONTAMINACION EN FLUIDOS HUDRAULICOS Y LUBRICANTES

Ing. Oscar Entin

Este trabajo está dirigido fundamentalmente a la Industria del acero.
En esta industria los equipos más importantes como:
Altos Hornos, Acería, Coladas Continuas y Laminadores son movidos por:
1. Motores Eléctricos.
2. Cajas Reductoras.
3. Unidades Hidráulicas.

Todos estos equipos requieren fluidos para sus movimientos y lubricación.
Todos estos fluidos de trabajo deben estar controlados en sus Especificaciones Técnicas y Niveles de Limpieza y también de contaminación con agua.

La Vida útil de todos los componentes depende del estado de los fluidos.
Más del 75% de las fallas están relacionadas con el estado de los fluidos.
El objetivo es aumentar la vida útil y reducir el desgaste.

La TRIBOLOGÍA de los sistemas nos permite controlar los fluidos y reducir el desgaste.

Este artículo tiene como objetivo clarificar y sintetizar los Estándares y Métodos relacionados con el Control de la Contaminación de todos los equipos de la industria del acero.

Los Componentes más críticos en los modernos sistemas hidráulicos son:
Válvulas Proporcionales y Servo-Válvulas.
Los diseños de avanzada y operación obligan a usar estos componentes.
En consecuencia, en este trabajo reforzaremos la práctica y recomendaciones de filtración a fin de proteger estos componentes tan críticos.

El término tan usado actualmente: TRIBOLOGÍA, se define como la rama de la ciencia que trata la interacción de las superficies en movimientos relativos entre si.
TRIBOS= Fricción.
LOGOS= Estudio de.

Para reducir desgaste, bajar costos de mantenimiento, aumentar producción y confiabilidad de las máquinas, reduciendo los problemas, es necesario conocer las Técnicas Tribológicas y Controlar la Contaminación.

Comenzaremos este trabajo presentando las NORMAS ISO relativas al Control de la Contaminación: 4406 - 4407- 4405 y 16889.



1 - NORMAS ISO: 4406, 4405 y 16889.
Descripción resumida de cada una y aplicaciones prácticas:

1.1. ISO 4406.
Determina en forma simple el método de informar sobre un GRÁFICO la cantidad de partículas previamente contadas por algún método, ya sea óptico o automático, de manera de determinar los CÓDIGOS Y NIVELES DE CONTAMINACIÓN.
Con conteo por medio de contadores automáticos ópticos (Láser) calibrados según ISO 11171:1999, se debe incluir las partículas de: 4, 6 y 14 micrones y mayores.
Si el contador estuviera calibrado con el sistema anterior se tomarán tamaños de: 2, 5 y 15 micrones y mayores.
Si el conteo se hace por medio de un microscopio, se tomarán solamente de: 5 y 15 micrones y mayores.
Se adjunta Tabla 1, con las cantidades de partículas y el NÚMERO ISO que corresponde a cada banda.
Se adjunta Ábaco ISO 4406: 1999(E) Fig. A1
En el mismo se puede ver un ejemplo de Conteo Automático y el correspondiente al conteo por medio de microscopio.

1.2. ISO 4407

Determina las técnicas para el CONTEO de las Partículas en los fluidos de trabajo.

Hay básicamente Dos Métodos: Óptico Manual y Electrónico por medio de Contadores Automáticos por Láser.

Método Óptico: Se debe pasar la muestra debidamente obtenida, a través de una Membrana Analítica de 0,8 micrones absolutos.
Si la membrana es de 25 mm de diámetro, se deberá pasar 25 mililitros.
El pasaje se hace con un aparato especial por vacío y en forma lenta.
Previamente se diluye la muestra con un solvente limpio: puede ser Éter de Petróleo o Freón TF, ambos filtrados por 1 micrón absoluto.
La dilución es para bajar la viscosidad del fluido y permitir su pasaje por la membrana de 0,8 mic.
Se seca la membrana y se la observa a través de un Microscopio de 100 aumentos. Se pueden contar las partículas de 5 micrones y mayores y 15 micrones y mayores comparando las imágenes con una escala graduada inserta en el ocultar. Es un método lento, engorroso y requiere de mucha práctica.
Como alternativa se usan Fotos Patrones con Fluidos Contaminados y contados por Contadores Láser.
El Técnico debe observar la imagen en su microscopio y compara con la Foto Patrón más semejante.
Cada Foto ya tiene el Código ISO predeterminado.

Método Automático: Hay diversos Contadores Láser que se basan en el mismo principio: Pasar un determinado volumen de la muestra por un capilar y una Cámara a través de la cual un Rayo Láser por medio de un Captador mide y cuenta las interferencias producidas por las partículas contaminantes.
Un Programa interpreta las señales y las convierte en cantidad de partículas `por tamaño: según la nueva calibración mide partículas de 4, 6 y 14 micrones y mayores.
También puede contar según Norma NAS- muy usada por los fabricantes de turbinas.

Ventajas y desventajas:
Método óptico: solo para partículas de 5 y 15 micrones y mayores.
Requiere de un Técnico muy hábil y es un poco lento.
Permite VER las PARTÍCULAS y determinar su forma, color y posible origen.
Predetermina si un fluido tiene una alta contaminación, formación de capas de finos y/o gels. En ese caso no se debe hacer el conteo por Láser.
Método Automático: Más preciso y rápido.
No se pueden ver las partículas. Cuenta burbujas y gels y no funciona con fluidos con agua y en base agua.

1.3. ISO 4405.
Determina el método para obtener el nivel de contaminación de un fluido en peso. Es decir, medir en ppm (mg/l.) la cantidad de contaminantes sólidos no solubles.
El método consiste en filtrar un volumen conocido de la muestra por vacío, a través de un a o dos membranas filtrantes superpuestas.
El aumento en peso de la diferencia entre las dos membranas, representa el peso del contaminante presente en la muestra.

1.4. ISO 16889.
Es el ensayo fundamental para determinar en un ELEMENTOFILTRANTE, su capacidad de contaminación, remoción de partículas y presión diferencial.
Reemplaza al ensayo original ISO 4572/1981.
El cambio o modificación de la Norma original, se debió a la necesidad de usar un NUEVO POLVO de ENSAYO.
El original llamado ACFDT (air clean fine test dust), se debió reemplazar por un nuevo polvo ISO Meium Test Dust (ISO 12103-A3), dado que el proveedor suspendió su entrega y se debió desarrollar nuevos fabricantes.
Las características del nuevo polvo de ensayo difieren levemente con el original, en cuanto a tamaño y distribución de las partículas, lo cual obligó a modificar la calibración de los Contadores Automáticos.

DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO
Se adjunta DIAGRAMA del Banco de Ensayo de MULTIPLE PASAJE.












El ensayo consiste en:
• Tomar muestras del fluido antes y después del filtro bajo ensayo y medir la cantidad de Partículas por tamaño.
• El ensayo termina cuando se alcanza el p mínimo recomendado

El Valor BETAx es igual a:

Beta x = Cantidad de Partículas de x (micrones) y mayores antes del Filtro
Cantidad de Partículas de x (micrones) y mayores después del Filtro

El BETAx es un número adimensional que nos indica la capacidad del FILTRO de reducir la concentración de las partículas de dicho tamaño, a través del tiempo que dura el ensayo.
Es un ensayo Dinámico, que reproduce las condiciones reales de trabajo del Filtro.

La EFICIENCIA del ELEMENTO FILTRANTE es igual a:

Eficiencia = BETAx – 1 x 100
BETAx

Si el valor BETA para 2 micrones obtenido es igual a 1.000, la eficiencia del Filtro para 2 micrones es de 99,9 %.






FIGUA 4 –
Ejemplo de Gráfico donde se relaciona: Factor BETA vs. Tamaño de Partícula.


Cuanto más alto es el valor BETA del ELEMENTO FILTRANTE para el tamaño de partícula que se trata MEJO ES EL FILTRO y mayor su EFICIENCIA FILTRANTE.
Además se debe comparar este resultado con su capacidad de ensuciamiento y su curva de Delta P vs. Caudal.



2 - FILTROS
2.1. Mecanismos de la Filtración.
Existen Tres Mecanismos principales:
a.- Retención Inercial; b.- Retención Difusiva o Efecto Vibratorio y c.- Retención Directa o Efecto Tamiz.

a. Retención Inercial
Dentro de la corriente del fluido las partículas tienen masa y velocidad.
En consecuencia poseen un momento de inercia que las obliga a mantener su dirección en línea recta.
Cuando se encuentran frente al medio filtrante tratan de mantener su dirección y por ende son atrapadas por las fibras del medio.
Este efecto se produce con mayor grado en partículas finas y con gran diferencia de densidad con respecto al fluido.

b. Retención Difusiva.
Las partículas muy pequeñas Vibran dentro del fluido por choque con las moléculas del mismo: Movimiento Browniano. Por ende su diámetro aparente es mayor que su propio diámetro. Esto hace que sean atrapadas por el medio filtrante a pesar de su menor tamaño.
Es un fenómeno muy importante en la filtración de gases.

c. Retención Directa.
Las partículas según su tamaño no pueden pasar a través de los poros o canales laberínticos del medio filtrante.
A esto se suma el efecto Puente y Acumulación de partículas que quieren pasar juntas por cada poro.
Es el mecanismo principal en la filtración de líquidos.

La suma de estos tres mecanismos definen la Eficiencia Filtrante.
Esta se mide en forma dinámica por medio del ensayo ISO 16889, ensayo de Múltiple Pasaje, que nos determina los valores Beta x y luego la Eficiencia en % de retención por tamaño de partícula.


2.2. Características Constructivas Modernas:
Los Medios Filtrantes son de Micro Fibras Inorgánicas, conformando un manto delgado de poro fijo y de profundidad. Los medios de superficie son solamente usados en los laboratorios. Son de varias capas que trabajan en forma progresiva aumentando su capacidad de retención y reduciendo su pérdida de carga.
Se construyen en forma Plisada, sobre un Núcleo interno metálico, con Tapas unidas por adhesivos especiales y mallas de soporte en ambas caras.
El flujo normalmente es de afuera hacia adentro.

Deben soportar una serie de ensayos que aseguran su estabilidad frente a las condiciones de trabajo:
• Temperatura.
• Compatibilidad química. (ISO 2943)
• Fatiga. (ISO 3724)
• Presiones diferenciales o ensayo de colapso. (ISO 2941)
• El ensayo más completo para asegurar la calidad constructiva es el de PUNTO de Burbuja: (ISO 2942)
• Pérdida de Carga vs. Flujo. (ISO 3968)
Se debe dimensionar y seleccionar el filtro que produzca la mínima pérdida de carga inicial. Cuanto menor sea el Delta P inicial mayor será su vida útil y menor gasto.
A su vez nunca se debe seleccionar un filtro de poca superficie. Es un grave error y un ahorro inicial con un costo operativo mayor.
La ley que relaciona las superficies vs. Vida útil es exponencial, el exponente tiende a ser 2.
Por ende la vida útil es 4 veces para el doble de superficie.
Cada fabricante debe entregar esta información, en forma de gráfico o tablas que indiquen el Delta vs. El Caudal, para un fluido cuya viscosidad es de 32 cSt.
El especialista en filtración, será el encargado de la selección, cálculo del Delta P real y ubicación de cada Filtro dentro del circuito correspondiente.
• Se adjunta Guía de Selección de Niveles de Limpieza ISO para cada sistema en función de la sensibilidad de los componentes, presiones de trabajo, viscosidad de los fluidos y Eficiencia Filtrante necesarias para la correcta protección de sus componentes.

FIGURA 5







Instrucciones para determinar el nivel de limpieza del sistema
1. Comenzar por la parte superior de la lista de componentes. Fijar como primer ítem el tipo de componente utilizado en le sistema.
2. Ubicar la casilla a la derecha del componente , de acuerdo al rango de presión de trabajo
3. El nivel de limpieza y el grado de filtrado recomendados están dados en la parte inferior de la tabla
4. Desplazarse una columna hacia la izquierda si es aplicable uno de los siguientes factores:
a. El sistema es crítico para mantener programas de producción.
b. Servicio severo / de alta frecuencia.
c. Utilización de fluidos hidráulicos con contenido de agua.
d. Expectativa de servicio de más de siete años.
e. La falla de sistema puede crear problemas de seguridad.
5. Desplazarse dos columnas hacia la izquierda si son aplicables dos o más de los efectos enumerados en 4.
6. Para sistemas de lubricación, desplazarse una columna hacia la derecha de la letra c si la viscosidad operativa es mayor de 500 SSU, y hacia la izquierda si es menor
7. Para “flushing “, desplazarse una o dos columnas hacia la izquierda.
Sistemas hidráulicos – rango de presión

Sistemas de lubricación
En este caso no se aplican los rangos de presión. Partir desde la mitad del rango y efectuar los ajustes de acuerdo a las indicaciones establecidas mas arriba.

3 - FILTROS DE BAJA, MEDIA Y ALTA PRESIÓN.

De acuerdo al circuito a proteger se debe seleccionar el Filtro, definiendo su ubicación y características técnicas.
El Elemento Filtrante puede ser instalado en Carcasas para distintas presiones de trabajo. El Elemento solo soporta las Presiones Diferenciales que se generan por el Caudal del Fluido y por la contaminación del mismo.

3.1. Filtros de Baja Presión.
Para trabajar en circuitos donde las presiones no superan los 10 bar.
Aplicaciones típicas:
RETORNOS en circuitos hidráulicos sin transitorios o golpes de ariete; RECIRCULACIÓN; CARGA DE FLUIDOS; LUBRICACIÓN.

No tienen límites de Caudal. Se deben seleccionar con MUY BAJOS DELTA P dado que no pueden superar los 3 a 4 bar. de presión diferencial máxima.
Normalmente poseen una Válvula de By-Pass interna que se abre al Delta fijado, y antes un Manómetro Diferencial o un Indicador Mecánico u Eléctrico debe dar una señal para proceder al cambio del Elemento Filtrante. Para estas presiones se usan muy frecuentemente Unidades Selladas que contienen el Elemento Filtrante en su interior y se debe reemplazar todo el conjunto. La única parte fija es el Cabezal que contiene la Válvula de By-pass y los Indicadores de Delta P.
Estas Unidades son reemplazadas por Filtros que llevan un Vaso metálico re-usable, dentro del cual se instala el Elemento Filtrante de la eficiencia requerida con grandes ventajas: Mayor Superficie, Montaje interno con Anillos “O” que evitan fugas, menor costo, más fácil de deponer, menor pérdida de fluido.

3.2. Filtros de Media Presión:
Para trabajar en circuitos donde las presiones pueden llegar hasta 40 bar., o en retornos con transitorios o golpes de ariete, que producen picos de presión no soportables por los filtros de Baja Presión.
Aplicaciones Típicas:
RETORNOS PRESURIZADOS; LUBRICACIÓN; CIRCUITOS HIDRÁULICOS DE MEDIA PRESIÓN: A LA SALIDA DE LAS BOMBAS; CARGA DE CIRCUITOS HIDROSTÁTICOS.

Pueden llevar Válvulas internas de By-Pass. En casos especiales no se instala dicha válvula, pero siempre deben tener Indicadores de Delta P, para conocer el momento en que hay que reemplazar los Elementos Filtrantes.
Cuando no tienen Válvula de By-Pass, el indicador de Delta P debe estar calibrado a un rango superior, normalmente de 7 bar. diferencial.
En todos los casos en que el FILTRO no lleva Válvula de By-Pass interna, se deben instalar Elementos Filtrantes de Alta Presión de Colapso.
Son elementos construidos en forma especial que poseen un Núcleo Interno reforzado, además de doble soporte de Malla interna que evita la extrusión del medio por los orificios del núcleo.
La presión de colapso para estos Elementos es de 200 bar. diferencial.
Son los típicos elementos que se usan para protección de componentes muy sensibles a las contaminaciones y que no permiten en ningún momento dejar de filtrar, por ejemplo:
SERVO VÁLVULAS y VÁLVULAS PROPORCIONALES.

3.3. Filtros de Alta Presión
Para trabajar hasta presiones de 400 bar.
Aplicaciones típicas:
LÍNEAS DE PRESIÓN, A LA SALIDA DE LAS BOMBAS; PROTECCIÓN DE SERVO VÁLVULAS Y VÁLVULAS PROPORCIONALES; PROTECCIÓN DE BLOQUES DE VÁLVULAS; (Valen todas las consideraciones mencionadas en los puntos 3.1 y 3.2.)

3.4. Indicadores de Delta P
No se debe instalar ningún FILTRO sin el correspondiente indicador a efectos de SABER CUANDO HAY QUE CAMBIAR el ELEMENTO FILTRANTE.
Pueden ser: Dos Manómetros, antes y después del Filtro; Un Manómetro de Presión Diferencial; INDICADORES BLINDADOS que Marcan a un Delta P definido, con Señal Eléctrica, Mecánica o ambas. Pueden además tener señal luminosa Local.
Su calibración debe ser menor que la apertura de la válvula de by-pass, por lo general 1 bar. por debajo.
Cuando el Filtro no lleva Válvula de By-Pass, deben estar calibrados a 7 bar. diferencial, para avisar con tiempo y poder reemplazar el Elemento Filtrante en el momento apropiado.

4 - PURIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS.

La purificación de fluidos hidráulicos, lubricantes y dieléctricos, derivados del petróleo, sintéticos o semi-sintéticos, consiste en:
Eliminar el agua libre, emulsionada y en solución.
Eliminar solventes.
Eliminación de gases disueltos.

Hay tres sistemas que se pueden aplicar con sus limitaciones:
a. Coalescencia: Líquido-líquido.
b. Centrifugación.
c. Calor y Vacío.

a. Coalescencia: Sólo puede reconocer agua libre y separarla. NO EXTRAE AGUA EN SOLUCIÓN.
El fluido debe estar muy limpio previamente porque los Elementos Coalescentes son de poro muy fino y se tapan.
No rompen las emulsiones y por ende no las separa.
Pueden separar gases si tienen pre-calentamiento.
Muy cara su operación, por gasto en Elementos Coalescentes y Filtrantes.

b. Centrifugación: Solo pueden separa agua libre. No pueden reconocer el agua en solución.
Trabajan por diferencia de peso específico y alto G.
Son equipos caros, con alto mantenimiento y bajo caudal.

c. Equipos Purificadores por Vacío:
Hay dos sistemas:
• Con Calentamiento y Alto Vacío.
• Con o sin calentamiento, Bajo Vacío e Intercambio de Masa, por medio de Aire Seco.
Son equipos ideales para Secar los Fluidos por debajo de su nivel de saturación, llegando hasta 5 ppm. (Mg/l.) De agua en solución.
Muy manuales, de bajo costo operativo y poco mantenimiento.

Para determinar el agua en solución se usan nuevos equipos portátiles que leen en forma directa por medio de una probeta que posee un detector de humedad, el % de agua en solución. Si se conoce la curva de saturación del fluido se puede calcular los ppm. (Mg/l.) de agua.
Son de rápida respuesta, económicos, muy confiables y no requieren de un técnico.

5 - Circuitos hidráulicos y de Lubricación.
Recomendaciones sobre los Filtros requeridos para su protección.

Se adjunta Croquis de un circuito Hidráulico típico donde se indican los Filtros Requeridos para su protección:
1. Filtro de Alta Presión Sin By-Pass. Con elemento de Alto Delta P. Con indicador eléctrico de Delta P. PROTECCIÓN DE SERVO VÁLVULA.
Eficiencia recomendada: Beta 5 = 1.000. (Beta3=200)
2. Filtro de Alta Presión, con Bay-Pass. Eficiencia Beta 7 = 1.000 ( Beta 6 = 200 )
Protección de un Motor Hidráulico.
3. Filtro de Baja Presión de Retorno, con By-Pass. Eficiencia Beta 7 = 1.000
4. Filtro de Aire (Respiradero) Eficiencia: 1 micrón absoluto en gases.
Se obtiene de esta manera un nivel de contaminación ISO 4406= 16/14/12 o mejor en el tanque y un Código: 13/12/10 o mejor frente a la Servo Válvula.
Las SERVO VÁLVULAS son los componentes más sensibles y por ende requieren CÓDIGOS ISO muy bajos. No aceptan en ningún momento fluidos sin filtrar.

Se adjunta Croquis de un circuito de Lubricación indicando la ubicación de los Filtros.
1. Filtro Doble en la mandad de la Bomba. Con o sin By-Pass. Con Indicadores de Delta P.
Esta ubicación es la única para protección de los componentes aguas abajo. Generalmente son filtros con muy bajo Delta P inicial y Duales, para poder conmutarlos sin dejar de filtrar.
No se pueden colocar filtros en el retorno por no haber presión disponible para gastar.
Eficiencia recomendada: Beta 7 = 1.000.

2. Filtro de Aire (Respiradero). Eficiencia: 1 micrón absoluto en gases.
Se obtiene de esta manera un CÓDIGO ISO: 17/15/12 o mejor.


6 - Protección de Válvulas Proporcionales y
Servo-válvulas.

Estos componentes son los más sensibles a contaminaciones de partículas y químicas, debido a sus huelgos y tolerancias mecánicas muy extremas. Las partículas interfieren en sus movimientos internos.
Se deben extremar las precauciones para asegurar que los fluidos que las alimentan estén en CÓDIGOS ISO bajos y Secos.
CÓDIGOS ISO 4406: 1999 E, recomendados para su protección:
Válvulas Proporcionales: 15/14/11
Servo-Válvulas: 13/12/10
Cuando se reparan, cambian o se instalan por primera vez hay que limpiar todo el circuito previamente. Esta técnica se denomina FLUSHING.

7 - Flushing de los Circuitos.

Hacer Flushing dentro de las cañerías requiere trabajar con Régimen Turbulento, definido por el número
Reynolds, el cual debe ser igual o mayor a 4.000.
Re=21.220 x Q / v x d
21.220: factor de unificación de medidas.
Q: Caudal, en litros/minuto
v: viscosidad del fluido en cSt.
d: diámetro interno de la cañería en mm.

Antes de instalar las Válvulas hay que recircular un fluido de baja viscosidad a alto Re., .a través de un Filtro de Beta5=2.000, provisorio, para limpiar todo el circuito


El uso de estas técnicas con los Filtros adecuados y equipos complementarios permiten al personal de Mantenimiento evitar:

DESGASTE en todos los componentes.
AUMENTO DE LA VÍDA ÚTIL de las máquinas.
REDUCCIÓN DE COSTOS de MANTENIMIENTO.
AUMENTO DE PRODUCCIÓN.

La Ciencia de la TRIBOLOGÍA, desarrollada a fines de la segunda guerra mundial, les ofrece una herramienta de un valor enorme, y de muy fácil aplicación.

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Pistones para Motores Diesel Livianos

Ing Roberto J Leonetti
Editor Pag WEB Centro de Tribologia

Los actuales motores Diesel Livianos son cada vez más rápidos, eficientes y tan suaves y silenciosos como un motor de combustión a chispa, consumiendo hasta un 40% menos. La mayor eficiencia del ciclo Diesel se debe en parte a que la combustión es controlada por la cantidad y velocidad de la mezcla inyectada

manteniendo el caudal de aire sin restricciones (evitando las pérdidas por bombeo que tienen los motores nafteros). La forma en que se controla este proceso determina la suavidad, perfomance y contaminación del motor diesel. En microsegundos el combustible inyectado debe ser finamente atomizado, vaporizado y mezclado con el aire a alta temperatura en la cámara de combustión.
La mejora en el control de este proceso se logro con el aumento de las presiones de inyección (hasta 1500 bar), el empleo de Turbocompresores, diseños de cámaras de combustión complejos y sistemas de inyección controlados electrónicamente.
Pero la mas eficiente combustión creo altas temperaturas que aumentaron la formación de los NOx por lo que para cumplir las normas de polución debió emplearse sistemas de recirculación de gases (EGR) donde una parte importante de los gases de escape se los recircula nuevamente por la admisión (hasta un 40%).
Este aumento de la perfomance no debía comprometer la confiabilidad por lo que los componentes del motor tuvieron un fuerte desarrollo, en especial los pistones.
Las zonas mas criticas del pistón son las temperaturas de los bordes de las cámaras de combustión y las tensiones mecánicas en la zona del perno. Esto obligo a desarrollar aleaciones de aluminio para pistones que duplican la capacidad de carga y resistencia a la fatiga. Las galerías de enfriamiento por aceite en el pistón fueron mejorados con diseños dobles tipo “corona” que lograron bajar hasta 70 grados la temperatura en los puntos críticos. En los apoyos de los pernos se insertaron bujes para soportar las altas cargas específicas.
La estructura de los pistones se diseñaron para compensar las cargas laterales con deformaciones elásticas minimizando los ruidos y la concentración de tensiones.
El sistema de recirculación de gases (EGR) incremento la concentración de partículas duras, cenizas y elementos corrosivos. Esto aumento el desgaste de los pistones lo que obligo a tratamientos superficiales con recubrimientos aplicados por modernas técnicas que garantizan su permanecía en el pistón por toda su vida útil.
Mientras la tendencia al uso de los motores diesel continúe, nuevos diseños y procesos en los pistones deberán ser desarrollados para cumplir las crecientes exigencias de estos motores.

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