Diseño, desarrollo e implementación de un catálogo de

advertisement
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Mecánica
DISEÑO, DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CATÁLOGO DE
APLICACIONES INDUSTRIALES SKF
Por:
Br. Andreína Margarita Felix Montero
Sartenejas, Enero de 2006
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Mecánica
DISEÑO, DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CATÁLOGO DE
APLICACIONES INDUSTRIALES SKF
Por
Andreína Margarita Felix Montero
Realizado con la Asesoría de
Tutor Académico: Prof. Carlos Graciano
Tutor Industrial: Ing. Franklin Coronado
INFORME FINAL DE PASANTÍA LARGA
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Mecánico
Sartenejas, Enero de 2006
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Mecánica
DISEÑO, DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CATÁLOGO DE
APLICACIONES INDUSTRIALES SKF
INFORME DE PASANTÍA LARGA presentado por:
Br. Andreína Margarita Felix Montero
REALIZADO BAJO LA ASESORÍA DE: Prof. Carlos Graciano,
Ing. Franklin Coronado
RESUMEN
En el presente trabajo de hizo un catálogo de soluciones para la empresa SKF
Venezolana. S.A. Este catálogo consiste en una herramienta de ventas que facilita el trabajo de
los Asesores Técnicos (vendedores externos) de dicha empresa. Para poder elaborar la
herramienta, el primer paso fue buscar información técnica de los productos SKF, de los
segmentos industriales del país, y de las principales fallas de los equipos críticos de estos
segmentos. Después de tener un conocimiento general de todo lo anteriormente mencionado se
hicieron visitas a las plantas de los principales clientes de la empresa para buscar información
de campo. Luego se analizaron las fallas y se buscó una solución SKF para cada una. Por
último, se organizó toda la información obtenida en un libro llamado Catálogo de
Aplicaciones Industriales SKF .
PALABRAS CLAVES: Rodamientos, Aplicaciones Industriales, Organización
Sartenejas, Enero de 2006
i
INDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL
i
ÍNDICE DE TABLAS
ii
ÍNDICE DE FIGURAS
iii
Cápitulo I: INTRODUCCIÓN
1
Cápitulo II: MARCO TEÓRICO
5
2.1 CONOCIMIENTOS BÁSICOS DE RODAMIENTOS
5
2.2 SELECCIÓN DEL RODAMIENTO
8
2.3 SELECCIÓN DEL TIPO LUBRICANTE
20
2.4 METÓDO DE CASTIGLIANO
32
2.5 DEFORMACIÓN TÉRMICA
34
Cápitulo III: METODOLOGÍA
35
Cápitulo IV: SOLUCIONES SKF
38
4.1 SOLUCIONES PROPUESTAS PARA FALLAS FRECUENTES
38
4.2 MINERÍA Y CONSTRUCCIÓN
48
4.3 SIDERURGIA
50
4.4 ALIMENTOS Y BEBIDAS
52
4.5 PETRÓLEO
53
4.6 PULPA Y PAPEL
55
4.7 EQUIPOS DE SERVICIOS GENERALES
57
Cápitulo V: EJEMPLOS DE CÁLCULOS
61
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
86
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
87
ANEXOS
88
ii
INDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. Tipos de elementos rodantes en los rodamientos
6
Tabla 2.2. Valores máximos n ⋅ dm para las grasas SKF
22
Tabla 2.3. Factor de Corrección de los valores máximos n ⋅ dm para grasas SKF
23
Tabla 2.4. Clasificación de grasas por número de consistencia NLGI
24
Tabla 2.5. Cuadro de selección de aditivos de acuerdo a la carga soportada
por el rodamiento
26
Tabla 2.6. Factores que influyen en las propiedades del lubricante
27
Tabla 2.7 Clasificación de la viscosidad según la normativa ISO 3448
30
Tabla 2.8. Interpretación del valor κ
31
Tabla 4.1. Resumen de los problemas con sus causas y soluciones de los rodamientos
del segmento de minería y construcción
49
Tabla 4.2. Resumen de los problemas con sus causas y soluciones de los rodamientos
del segmento siderúrgico
51
Tabla 4.3. Resumen de los problemas con sus causas y soluciones de los rodamientos
del segmento de alimentos y bebidas
53
Tabla 4.4. Resumen de los problemas con sus causas y soluciones de los rodamientos
del segmento de pulpa y papel
57
Tabla 4.5. Resumen de los problemas con sus causas y soluciones de los rodamientos
de los ventiladores
58
Tabla 4.6. Resumen de los problemas con sus causas y soluciones de los rodamientos
de las bombas
59
Tabla 4.7. Resumen de los problemas con sus causas y soluciones de los rodamientos
de los motores eléctricos
60
Tabla. 5.1. Cálculo de ahorro de intercambiar SRB por SSRB
62
Tabla 5.2. Rodamiento de rodillos a rótula
64
Tabla 5.3. Rodamiento CARB
64
Tabla 5.4. Rodamientos rígidos de bolas
77
Tabla 5.5. Rodamientos de bolas con contacto angular
77
Tabla 5.6 Rodamiento de rodillos cónicos de cuatro hileras
83
iii
INDICE DE FIGURAS
Figura 1.1. Organigrama de SKF Venezolana S.A
2
Figura 2.1. Componentes de un rodamiento rígido de bolas.
5
Figura 2.2. Desplazamiento axial permisible del rodamiento CARB
16
Figura 2.3. Juego interno de un rodamiento
19
Figura 2.3. Estimación de la viscosidad cinemática mínima a la temperatura de funcionamiento
28
Figura 2.4. Viscosidad cinemática a la temperatura de referencia
29
Figura 4.1. Rodamiento de rodillos a rótula
41
Figura 4.2. Rodamiento de rodillos toroidales (CARB)
41
Figura 5.1. Diagrama del sistema de poleas
71
Figura 5.2 Disposición de las cargas aplicadas en el motor cuando se encuentra en posición
horizontal (original)
73
Figura 5.3 Diagrama de cuerpo libre del eje del motor (posición original)
73
Figura 5.4 Disposición de las cargas aplicadas en el motor cuando se encuentra en posición
horizontal (original)
75
Figura 5.5 Diagrama de cuerpo libre del eje del motor (posición actual)
75
1
Capítulo I
INTRODUCCIÓN
SKF, conocida inicialmente como SVENSKA KULLAGER FABRIKEN (Fábrica
Sueca de Rodamientos) es una organización internacional industrial y comercial fundada en
1907 en Gotemburgo - Suecia por el Ingeniero Sven Wingqvist.
Esta empresa se encarga de desarrollar, producir y comercializar productos, soluciones
y servicios que satisfagan las necesidades de sus clientes en el negocio de rodamientos y
sellos. Todo esto lo realiza con el objetivo de alcanzar un beneficio sustentable a largo plazo.
Sus productos son eficientes en el uso de energía, protectores del medio ambiente y reciclables
o desechables sin riesgo.
En la actualidad el grupo SKF está compuesto por 250 compañías, 80 fábricas en 20
países, cuenta con más de 13.000 Distribuidores Autorizados y 45.000 empleados directos en
130 países.
En 1928 se establece la compañía Rodamientos Sánchez en Venezuela, como una
empresa perteneciente al Grupo Sánchez y Cía. En 1953, SKF adquiere el 100% de las
acciones y se transforma en Rodamientos SKF C.A. Cambia su nombre nuevamente en 1973,
cuando se convierte en lo que hoy se conoce como SKF Venezolana S.A.
En la actualidad, SKF Venezolana S.A., cubre el mercado de reposición industrial y
automotriz en el territorio nacional a través de la Red de Distribuidores Autorizados. En los
últimos años se ha incorporado la tecnología de monitoreo de condiciones y diagnósticos de
maquinaria.
2
Esta empresa, se encuentra estructurada por un Gerencia General, un Departamento de
Recursos Humados, una Coordinación de Calidad, cuatro Gerencias y un Departamento
automotriz. En la figura 1.1 se muestra un esquema general de la organización
Gerente General
Gerente Administración
y Finanzas
Gerente de Logística
y Servicios al Cliente
Jefe de VSM
Jefe de Mercadeo
Gerente de Ventas
y Técnico
Asesores
Técnicos
Gerente de Servicios
Coordinador
Recursos Humanos
Coordinador de Calidad
Ingeniero
Aplicación
Ingeniero de Aplicación 1
Ingeniero de Aplicación 2
Ingeniero de Aplicación 3
Ingeniero de Aplicación 4
Pasante
Andreina Felix
Figura 1.1. Organigrama de SKF Venezolana S.A
El presente trabajo fue realizado para SKF Venezolana contando con el asesoramiento
y la supervisión de los ingenieros de aplicación y el Jefe de Mercadeo.
El propósito de este trabajo es elaborar un Catálogo de Aplicaciones que sirva como
herramienta de ventas para los Asesores Técnicos de SKF Venezolana S.A. Para poder
comprender el alcance de dicha herramienta es necesario conocer tanto el objetivo general del
cargo de Asesor Técnico como el nuevo enfoque de SKF.
El objetivo general de un Asesor Técnico es garantizar la venta de los productos a
través de visitas a los clientes asignados a su cartera para lograr sus metas con un buen nivel
de rentabilidad para la Empresa.
SKF está evolucionando de ser el fabricante líder de rodamientos a nivel mundial, para
convertirse en una compañía de ingeniería del conocimiento global. El nuevo enfoque de SKF
3
es proporcionar a los clientes soluciones desarrolladas basándose en su experiencia y
conocimientos.
Para poder ofrecer soluciones, no basta con un catálogo que nos brinde toda la
información técnica necesaria acerca de un producto, sino que surge la necesidad de elaborar
un catálogo que muestre el producto como una solución específica para cada equipo. Los
equipos que se desarrollan en este catálogo son los equipos críticos de los principales
segmentos del país.
Además la variedad de productos que fabrica SKF es tan elevada que es muy difícil
que un Asesor Técnico conozca a profundidad todos los productos, ni siquiera podría conocer
la existencia de todos ellos, y estas dos cosas son absolutamente necesarias para poder ofrecer
soluciones a los clientes.
Para poder elaborar este catálogo, se recopilará información técnica tanto de los
productos SKF como de los segmentos industriales del país. A partir de esos conocimientos se
buscarán las soluciones para cada equipo desarrollado, y se comprobará mediante cálculos
teóricos que dichas soluciones funcionan de una manera efectiva.
Las soluciones encontradas se plasmarán en una publicación que se diseñará para que
el Asesor Técnico siempre lo tenga a la mano y lo revise antes de visitar cualquier empresa,
por lo cual será lo más compacto y ameno posible.
Para lograr el objetivo general propuesto se plantearon los siguientes objetivos
específicos:
1. Recopilar información tanto de los productos SKF como la referente a las aplicaciones
que conforman los principales segmentos de la industria venezolana y sus respectivos
equipos.
4
2. Definir las soluciones SKF adecuadas para cada uno de los equipos que conforman
cada uno de los segmentos de la industria y comprobarlas teóricamente.
3. Elaborar un Catálogo de Aplicaciones Industriales con dichas soluciones.
4. Presentar y ejecutar un programa de revisión del catálogo por parte del Departamento
Técnico, Departamento de Ventas, Departamento de Mercadeo y la Gerencia General
de SKF Venezolana S.A.
5. Definir con ayuda del Departamento de Mercadeo lo relacionado a la presentación del
Catálogo.
5
Capítulo II
MARCO TEÓRICO
2.1 CONOCIMIENTOS BÁSICOS DE RODAMIENTOS
2.1.1 Definición de rodamiento
Los rodamientos son elementos de máquinas que facilitan el movimiento de un cuerpo
con respecto a otro, logrando reducir la fricción, soportar las cargas y guiar las partes en
movimiento[1].
2.1.2 Componentes de un rodamiento
Por lo general un rodamiento consta de las siguientes piezas: aro exterior, aro interior,
elementos rodantes, jaula y sellos, pero se pueden encontrar rodamientos abiertos que no
poseen sellos o tapas, rodamientos que no poseen jaula y por ende tienen más elementos
rodantes y soportan cargas más elevadas y rodamientos que no poseen aro interior sino que los
elementos rodantes se encuentran apoyados directamente al eje. En la figura 2.1 se encuentra
el despiece de un rodamiento rígido de bolas.
Sello
Elementos
Aro interno
Aro externo rodantes Jaula
Sello
Figura 2.1. Componentes de un rodamiento rígido de bolas.
6
Otra parte del rodamiento que no es una pieza pero juega un rol fundamental en el
rodamiento es la superficie del aro interior y exterior que se encuentra en contacto con los
elementos rodantes, la cual se llama pista o camino de rodadura.
2.1.3 Tipos de elementos rodantes en los rodamientos
En la tabla 2.1 se pueden observar los distintos tipos de elementos rodantes utilizados
en los rodamientos SKF.
Tabla 2.1. Tipos de elementos rodantes en los rodamientos
Nombre
Bola
Rodillo a rótula
(simétrico)
Rodillo a rótula
(asimétrico)
Rodillo cilíndrico
Agujas
Rodillo Cónico
Figura
7
Los elementos rodantes definen en gran medida la magnitud de la carga, y de la
velocidad que puede soportar el rodamiento. Entre mayor es el contacto entre los elementos
rodantes y las pistas de rodadura los rodamientos son capaces de soportar cargas mayores, esto
es debido a que hay una mejor distribución de la carga. Por otro lado, si este contacto
disminuye el rodamiento pueden funcionar a mayor velocidad, ya que se produce menor roce.
La sombra que tienen los elementos rodantes en la tabla 2.1 representa el contacto del cual se
está hablando.
La forma del elemento rodante y de las pistas de rodadura determina el ángulo de
contacto entre ellos. Si el ángulo de contacto es 90°, el rodamiento solamente soporta carga en
una sola dirección (radial o axial), de lo contrario puede soportar cargas combinadas.
2.1.4 Tipos de Rodamientos
Existe una gran variedad de diseños de rodamientos. Las diferencias entre ellos son los
elementos rodantes que poseen y la forma de los caminos de rodadura. A continuación se
presenta una lista de los rodamientos estándares fabricados por SKF.
•
Rodamientos rígidos de bola (DGBB)
•
Rodamientos axiales de bolas
•
Rodamientos de bolas con contacto angular (ACBB)
•
Rodamientos axiales de bolas con contacto angular
•
Rodamientos de rodillos cilíndricos
•
Rodamientos axiales de rodillos a cilíndricos
•
Rodamientos de agujas
•
Rodamientos axiales de aguja
•
Rodamientos de agujas combinados
•
Rodamientos de rodillos cónicos
•
Rodamientos axiales de rodillos cónicos
8
•
Rodamientos de rodillos a rótula (SRB)
•
Rodamientos axiales de rodillos a rótula
•
Rodamientos de bolas a rótula (SABB)
•
Rodamientos de rodillos toroidales (CARB)
Otros tipos de rodamientos considerados como especiales son:
•
Rodamientos de precisión
•
Rodamientos híbridos
•
Rodamientos lineales
•
Rodamientos magnéticos
•
Rodamientos recubiertos (Insocoat)
•
Rodamientos resistentes al desgaste (NoWear)
2.2 SELECCIÓN DEL RODAMIENTO
2.2.1 Selección del tipo de rodamiento
Cada tipo de rodamiento presenta propiedades características que dependen de su
diseño y que lo hacen más o menos adecuado para una aplicación determinada. En muchos
casos, sin embargo, se deben considerar diversos factores y contrastarlos entre sí a la hora de
seleccionar un tipo de rodamiento, por tanto, no es posible dar unas reglas generales.
La información facilitada a continuación, indica los factores más importantes a
considerar a la hora de seleccionar un tipo de rodamiento estándar, y facilitar así una elección
apropiada:
•
Espacio disponible
•
Cargas
9
•
Desalineación
•
Precisión
•
Funcionamiento silencioso
•
Rigidez
•
Desplazamiento axial
•
Montaje y desmontaje
•
Obturaciones integradas
La Tabla de Selección de Rodamientos (Anexo 8) presenta información adicional
sobre los tipos de rodamientos estándar, características de diseño y aplicación. Dicha tabla
permite realizar una clasificación relativamente superficial de los tipos de rodamientos, debido
al número limitado de símbolos. También es importante destacar que algunas de las
propiedades no dependen sólo del diseño del rodamiento.
Otros criterios importantes a tener en cuenta a la hora de diseñar una disposición de
rodamientos son: la capacidad de carga y la duración, la fricción, las velocidades permitidas,
el juego interno del rodamiento o la precarga, la lubricación y las obturaciones.
2.2.2 Selección del tamaño del rodamiento
Según SKF [13] el proceso para seleccionar el tamaño del rodamiento es el siguiente:
El tamaño del rodamiento para una aplicación se selecciona inicialmente en base a su
capacidad de carga, en relación con las cargas que tendrá que soportar, y según las exigencias
de duración y fiabilidad. En las tablas de productos que aparecen en el Catálogo General SKF
[7]
, se indican los valores para la capacidad de carga dinámica C y la capacidad de carga
estática C0 de cada rodamiento. Las condiciones de carga estática y dinámica se deben
verificar independientemente.
10
La capacidad de carga dinámica C se usa en los cálculos para los rodamientos
sometidos a esfuerzos dinámicos, es decir, rodamientos que giran bajo carga. Se asume que la
magnitud y el sentido de la carga son constantes, y que es radial para los rodamientos radiales,
y axial y centrada para los rodamientos axiales. Las cargas dinámicas se deben verificar
utilizando un espectro representativo de las condiciones de carga del rodamiento. Dicho
espectro debe incluir todas las cargas pico que se puedan producir en ocasiones excepcionales.
La capacidad de carga estática C0 se usa en los cálculos cuando los rodamientos: giran
a velocidades muy bajas (n < 10 rpm), realizan movimientos oscilantes muy lentos o están
estacionarios bajo carga durante largos períodos de tiempo. En el cálculo de la carga estática
equivalente se debe utilizar la carga máxima que pueda soportar un rodamiento.
También se debe comprobar el factor de seguridad de las cargas de poca duración,
como las cargas de choque o las cargas pico que actúan sobre un rodamiento rotativo
(sometido a esfuerzos dinámicos) o cuando el rodamiento está en reposo.
2.2.2.1_Cálculo de las cargas del rodamiento
Las cargas que actúan sobre un rodamiento se pueden calcular de acuerdo con las leyes
de Newton y las ecuaciones de equilibrio mecánico, siempre que se conozcan o se puedan
determinar las fuerzas externas (por ejemplo, fuerzas producidas por la transmisión de
potencia). Cuando se calculan los componentes de carga para un rodamiento individual, el eje
se considera como una viga que descansa sobre soportes rígidos que no están sometidos a
momentos, a efecto de simplificar los cálculos. Tampoco se tienen en cuenta las
deformaciones elásticas en el rodamiento, el soporte o el bastidor de la máquina, ni los
momentos producidos en el rodamiento como resultado de la flexión del eje. Estas
simplificaciones son necesarias cuando se realizan los cálculos de una disposición de
rodamientos con la asistencia de medios disponibles como las calculadoras de bolsillo. Los
11
métodos normalizados para el cálculo de las capacidades de carga básica y las cargas
equivalentes se basan en suposiciones similares.
Las cargas que actúan sobre un rodamiento se pueden calcular en base a la teoría de la
elasticidad sin las suposiciones mencionadas anteriormente, pero esto requeriría el uso de
complicados programas informáticos.
2.2.2.2 Carga dinámica equivalente del rodamiento
Si la carga del rodamiento obtenida al utilizar la información anterior cumple con los
requisitos de la capacidad de carga dinámica C, es decir, si es constante en magnitud y
dirección y actúa radialmente sobre un rodamiento radial o axialmente y centrada sobre un
rodamiento axial, entonces podemos introducir la carga directamente en las ecuaciones de la
vida.
Cuando un rodamiento está sometido a cargas radiales y axiales simultáneamente y, la
magnitud y la dirección de la carga resultante son constantes, la carga dinámica equivalente P
se puede calcular con la siguiente ecuación general
P = X ⋅ Fr + Y ⋅ Fa
Siendo:
P = carga dinámica equivalente del rodamiento, kN
Fr = carga radial real del rodamiento, kN
Fa = carga axial real del rodamiento, kN
X = factor de carga radial del rodamiento
Y = factor de carga axial del rodamiento
(1)
12
Los factores X y Y se calculan por métodos diferentes según el tipo de rodamiento.
Los métodos para calcularlos se encuentran en el Catálogo General SKF [7]. A continuación se
muestran unos ejemplos.
Carga dinámica equivalente de un rodamiento rígido de bolas
P = Fr
si
Fa
≤e
Fr
(2)
P = X ⋅ Fr + Y ⋅ Fa
si
Fa
>e
Fr
(3)
Carga dinámica equivalente de un rodamiento de bolas con contacto angular
P = Fr
si
Fa
≤ 1.14
Fr
(4)
P = 0.35 ⋅ Fr + 0.57 ⋅ Fa
si
Fa
> 1.14
Fr
(5)
Carga dinámica equivalente de un rodamiento de rodillos a rótula
P = Fr + Y1 ⋅ Fa
si
Fa
≤e
Fr
(6)
P = 0.6 ⋅ Fr + Y2 ⋅ Fa
si
Fa
>e
Fr
(7)
Los valores e, Y1 y Y2 se encuentran en las tablas de producto que aparecen en el
Catálogo General SKF [7].
13
Carga dinámica equivalente de un rodamiento toroidal (CARB)
P = Fr
(8)
Los rodamientos CARB no pueden soportar carga axial, sin embargo admiten el
desplazamiento axial del eje respecto al alojamiento dentro del propio rodamiento. El
desplazamiento axial puede producirse a causa de la dilatación o movimientos de
determinadas posiciones de rodamientos.
2.2.2.3 Selección del tamaño de rodamiento utilizando las fórmulas de vida
Vida Nominal
La vida nominal de un rodamiento según la normativa ISO 281:1990 es
⎛C ⎞
L10 = ⎜ ⎟
⎝P⎠
p
(9)
Si la velocidad es constante, suele ser preferible calcular la vida expresada en horas de
funcionamiento utilizando la ecuación
L10 h =
10 6
⋅ L10
60n
(10)
Siendo:
L10 = vida nominal (con un 90 % de fiabilidad), millones de revoluciones
L10h = vida nominal (con un 90 % de fiabilidad), horas de funcionamiento
C = capacidad de carga dinámica, kN
14
P = carga dinámica equivalente del rodamiento, kN
n = velocidad de giro, rpm
p = exponente de la ecuación de la vida
3 para los rodamientos de bolas
10/3 para los rodamientos de rodillos
Vida Nominal SKF
La normativa ISO 281:1990/Amd 2:2000 contiene una fórmula de vida ajustada para
complementar la vida nominal. Este cálculo de la vida usa un factor de ajuste para tener en
cuenta las condiciones de lubricación y contaminación del rodamiento y el límite de fatiga del
material.
La normativa ISO 281:1990/Amd 2:2000 también permite que los fabricantes de
rodamientos recomienden un método adecuado para calcular el factor de ajuste de la vida a
aplicar a un rodamiento en base a las condiciones de funcionamiento. El factor de ajuste de la
vida aSKF aplica el concepto de carga límite de fatiga Pu análogo al utilizado cuando se realizan
cálculos para otros componentes de la máquina. Los valores para la carga límite de fatiga se
encuentran en las tablas de rodamientos que aparecen en el Catálogo General SKF
[7]
.
Asimismo, con el fin de reflejar las condiciones de funcionamiento de la aplicación, el factor
de ajuste de la vida aSKF hace uso de las condiciones de lubricación (relación de viscosidad k)
y del factor η c para el nivel de contaminación.
La
ecuación
para
la
vida
nominal
SKF
cumple
con
ISO 281:1990/Amd 2:2000
Lnmh = a1 ⋅ a SKF ⋅ L10 = a1 ⋅ a SKF
⎛C ⎞
⋅⎜ ⎟
⎝P⎠
p
(11)
la
normativa
15
Si la velocidad es constante, la vida puede expresarse en horas de funcionamiento
usando la ecuación:
Lnmh =
a1 ⋅ a SKF ⋅ 10 6
⋅ L10
60n
(12)
Siendo:
Lnm = vida nominal SKF (con un 100 - n) % de fiabilidad), millones de revoluciones
Lnmh = vida nominal SKF (con un 100 - n) % de fiabilidad), horas de funcionamiento
L10 = vida nominal básica (con un 90 % de fiabilidad), millones de revoluciones
a1 = factor de ajuste de la vida para una mayor fiabilidad (Anexo 2)
a SKF = Factor de ajuste de la vida SKF (Anexo 4, 5, 6, 7)
η c = factor de contaminación (Anexo 10)
C = capacidad de carga dinámica, kN
P = carga dinámica equivalente del rodamiento, kN
n = velocidad de giro, rpm
p = exponente de la ecuación de la vida
3 para los rodamientos de bolas
10/3 para los rodamientos de rodillos
El factor n representa la probabilidad de fallo, es decir, la diferencia entre la fiabilidad
requerida y 100%.
En algunas ocasiones resulta preferible expresar la vida del rodamiento en unidades
distintas a millones de revoluciones u horas. Por ejemplo, la vida de los rodamientos de rueda
16
usados en automóviles y ferrocarriles se suele expresar en kilómetros recorridos. En el Anexo
3 se encuentra una tabla que ofrece los factores de conversión normalmente utilizados para
facilitar el cálculo de la vida del rodamiento en diferentes unidades.
2.2.2.4 Cálculo del desplazamiento axial permisible de un rodamiento toroidal
(CARB)
SKF recomienda comprobar que el desplazamiento axial está dentro de unos límites
aceptables, es decir, que el juego residual sea lo suficientemente grande y que los rodillos no
sobresalgan por la cara lateral de un aro (fig 2.2 a), ni rocen con ningún anillo de fijación
(fig 2.2 b) u obturación.
Figura 2.2. Desplazamiento axial permisible del rodamiento CARB
En las tablas de rodamientos que aparecen en el Catálogo General SKF[7] de los
rodamientos CARB aparecen dos valores orientativos s1 y s 2 para el desplazamiento axial. s1
17
es el valor para la capacidad de desplazamiento axial en rodamientos con jaula, rodamientos
sellados o rodamientos llenos de rodillos, al alejarse del anillo elástico, en mm. s 2 es el valor
para la capacidad de desplazamiento axial en los rodamientos llenos de rodillos cuando existe
un desplazamiento hacia el anillo elástico. Estos valores son válidos siempre que el
rodamiento cuente con un juego radial de funcionamiento suficientemente grande ante la
dilatación del eje, y que los aros no estén desalineados.
El desplazamiento axial máximo permisible es el menor valor entre el desplazamiento
axial posible respecto al movimiento de los rodillos causado por la desalineación s lim y el
desplazamiento axial desde una posición centrada correspondiente a una cierta reducción del
juego radial s cle .
La reducción del desplazamiento axial debido a la desalieación del eje se puede
calcular con la siguiente fórmula:
S mis = k1 ⋅ B ⋅ a
(13)
Siendo:
S mis = la reducción del desplazamiento axial causada por la desalineación
k1 = factor de desalineación (aparece en las tablas de productos)
B = Anchura del rodamientos, en mm (aparece en las tablas de productos)
a = Desalineación, en grados
Suponiendo un juego de funcionamiento suficientemente grande, el desplazamiento
axial máximo posible se calcula con la siguiente fórmula:
18
⎧s1 − s mis
s lim = ⎨
⎩s 2 − s mis
(14)
La reducción del juego radial correspondiente al desplazamiento axial desde una
posición centrada se puede calcular con la siguiente fórmula:
C red =
k 2 ⋅ s cle
B
2
(15)
Cuando la reducción del juego es mayor que el juego radial antes de la dilatación del
eje, el rodamiento estará precargado. En cambio si se conoce la reducción del juego radial
admisible, el desplazamiento axial correspondiente desde una posición centrada puede
calcularse usando la fórmula:
s cle =
B ⋅ C red
k2
(16)
Siendo:
s cle = desplazamiento axial desde una posición centrada correspondiente a una cierta
reducción del juego radial C red , en mm.
k 2 = factor correspondiente al juego de funcionamiento (aparece en las tablas de rodamientos
del Catálogo General SKF [7]).
B = anchura del rodamiento, en mm. (aparece en las tablas de rodamientos del Catálogo
General SKF [7]).
19
2.2.3 Juego Interno del rodamiento
El juego interno del rodamiento (Fig. 2.3) se define como la distancia total que se
puede desplazar un aro con respecto a otro en dirección radial (juego radial interno) o en
dirección axial (juego axial interno).
Figura 2.3. Juego interno de un rodamiento
Es necesario distinguir entre el juego interno de un rodamiento antes del montaje y el
juego interno de un rodamiento montado que ha alcanzado su temperatura de funcionamiento
(juego de funcionamiento). El juego interno inicial (antes del montaje) es superior al juego de
funcionamiento debido a que los diferentes grados de apriete en los ajustes y la dilatación
térmica de los aros del rodamiento y de los componentes adyacentes dan lugar a una
expansión o contracción de los aros. El juego radial interno de un rodamiento es de
considerable importancia para que el rodamiento pueda funcionar satisfactoriamente.
Se ha seleccionado un juego interno denominado normal para obtener un juego de
funcionamiento adecuado al montar los rodamientos con los ajustes normalmente
recomendados y cuando las condiciones de funcionamiento son las normales. Cuando las
20
condiciones de funcionamiento y las de montaje difieren de las normales, por ejemplo cuando
se usan ajustes de interferencia para los dos aros del rodamiento, o cuando las temperaturas no
son las habituales, se deberán seleccionar rodamientos con un juego interno mayor o menor
que el normal. En estos casos, SKF recomienda comprobar el juego residual del rodamiento
después de su montaje.
Los rodamientos con un juego interno distinto al normal están identificados por los sufijos C1
a C5.
Sufijo Juego radial interno
C1
Menor que C2
C2
Menor que el normal
CN
Normal, usado únicamente en combinación con letras que
indican una gama de juegos reducidos o desplazados
C3
Mayor que el normal
C4
Mayor que C3
C5
Mayor que C4
2.3 SELECCIÓN DEL TIPO DE LUBRICANTE
Según SKF [13] el procedimiento para seleccionar el tipo de lubricante que debe utilizar
un rodamiento es el siguiente:
Para que los rodamientos funcionen de un modo fiable, deben estar adecuadamente
lubricados con el fin de evitar el contacto metálico directo entre los elementos rodantes, los
caminos de rodadura y las jaulas. El lubricante también evita el desgaste y protege las
superficies contra la corrosión. Por tanto, la elección del lubricante y el método de lubricación
adecuado para cada aplicación, así como el mantenimiento apropiado, son de gran
importancia.
21
Los criterios para la selección del lubricante son los siguientes:
•
Rango de temperatura de uso
•
Factor de velocidad (N.dm)
•
Relación (C/P)
•
Bajo ruido
•
Baja fricción (torque de arranque)
•
Posición del rodamiento
•
Rotación del aro externo
•
Intervalos de relubricación
•
Condiciones ambientales
•
Movimiento oscilatorio
•
Condiciones de vacío
Para hacer una correcta selección del lubricante que utiliza un rodamiento deben
seguirse los siguientes pasos:
a) Valores de n ⋅ dm
La velocidad del rodamiento está mejor definida por el valor n ⋅ dm , el cual es
calculado por la multiplicación de la velocidad de rotación (rpm) por el diámetro medio del
rodamiento (promedio del diámetro interno y el diámetro externo en mm). Esto da un valor el
cual es proporcional a la velocidad en la superficie del rodamiento. Una grasa debería
normalmente ser utilizada a velocidades menores a los valores n ⋅ dm dados en la tabla 2.2.
22
Tabla 2.2. Valores máximos n ⋅ dm para las grasas SKF
Designación
n ⋅ dm (máximo)
[mm/min]
LGMT 2
300000
LGMT 3
300000
LGEP 2
150000
LGHP 2
700000
LGWM 1
100000
LGMB 2
20000
LGHB 2
300000
LGGB 2
300000
LGEM 2
30000
LGEV 2
15000
LGLT 2
700000
LGLC 2
1000000
LGHQ 3
500000
LGWA 2
200000
LGFP 2
325000
Los valores mostrados en la tabla 2.2 son aplicables a rodamientos rígidos de bolas,
excepto en los valores de LGMB 2, LGEV 2 y LGEM 2. Para obtener el valor máximo
recomendado para otro tipo de rodamiento hay que dividir el valor de la tabla por un factor de
corrección que se muestra en la tabla 2.3
23
Tabla 2.3. Factor de Corrección de los valores máximos n ⋅ dm para grasas SKF
Tipo de
Factor de
Rodamiento
Corrección
Rígido de Bolas
1.0
Bolas a rótula
Rodillos
cilíndricos
0.9
Contacto angular
Agujas
CARB
0.7
Rodillos cónicos
0.6
Todos los demás
0.5
b) Selección de la consistencia (Sólo para selección de grasas)
La consistencia es una medida de la rigidez de una grasa. La consistencia se clasifica
de acuerdo con una escala desarrollada por el Instituto Nacional de Grasas lubricantes (NLGI)
mostrada en la tabla 2.2. Esta escala está basada en el grado de penetración obtenido
permitiendo que se hunda un cono estándar en la grasa a una temperatura de 25°C durante un
período de cinco segundos. La profundidad de penetración se mide en una escala de 10-1 mm y
cuanto más alto es el número, menos rígida es la grasa. El método de prueba es conforme a
DIN ISO 2137.
24
Tabla 2.4. Clasificación de grasas por número de consistencia NLGI
Número NLGI
Penetración ASTM
Aspecto a temperatura
(10-1 mm)
ambiente
000
445-475
Muy fluido
00
400-430
Fluido
0
355-385
Semifluido
1
310-340
Muy blando
2
265-295
Blando
3
220-250
Semiduro
4
175-205
Duro
5
130-160
Muy duro
6
85-115
Extremadamente duro
Las consistencias utilizadas para lubricación de rodamientos son las de grado NLGI 1,
2 y 3. A continuación se presentan las condiciones de uso de las grasas de acuerdo al grado
NGLI.
Grado NLGI 1:
•
Baja temperatura ambiente
•
Movimientos oscilantes
•
Cuando la bombeabilidad es un problema (sistemas de lubricación centralizada)
25
Grado NLGI 3:
•
Para grandes rodamientos
•
Altas temperaturas ambiente
•
Aplicaciones con ejes verticales
•
Alta vibración
Grado NLGI 2 :
Aplicación por defecto
c) Verificar requerimientos de aditivos
Los aditivos de extrema presión (EP) se utilizan cuando el espesor de la película
lubricante no es suficiente para evitar el contacto metálico entre las rugosidades de la
superficie de contacto.
Las altas temperaturas inducidas por el contacto entre las rugosidades superficiales,
activan estos aditivos, produciendo un desgaste suave en los puntos de contacto. El resultado
es una superficie más lisa, unas menores tensiones de contacto y una mayor vida útil.
Los aditivos AW (anti-desgaste) tienen una función similar a la de los aditivos EP, es
decir, evitar un fuerte contacto entre metales. Por tanto, muchas veces los aditivos EP y AW
no se diferencian entre sí. Sin embargo, funcionan de forma diferente. La principal diferencia
es que el aditivo AW crea una capa protectora que se adhiere a la superficie. De este modo se
minimiza en contacto metálico entre las rugosidades superficiales al pasar unas por encima de
otras. El desgaste suave no reduce la rugosidad, como ocurre en el caso de los aditivos EP.
También deben tomarse precauciones especiales; es posible que los aditivos AW contengan
elementos que puedan pasar al acero del rodamiento y debilitar su estructura, al igual que
ocurre con los aditivos EP.
26
Los aditivos EP/AW son requeridos en las siguientes situaciones:
•
Altas cargas
•
Si existen cargas de choque
•
Arranque y paradas frecuentes
•
Temperaturas de funcionamiento menores a 100 °C
Para velocidades muy bajas (n.dm < 30,000 mm/min), en ocasiones se incluyen
aditivos en lubricantes sólidos, como el grafito y el bisulfuro de molibdeno (MoS2), con el fin
de potenciar el efecto de los aditivos EP.
A continuación se presenta una tabla donde se recomienda el uso de aditivos de
extrema presión y anti-desgaste de acuerdo a la relación C/P.
Tabla 2.5. Cuadro de selección de aditivos de acuerdo a la carga soportada por el rodamiento
C/P
Cargas
Aditivos recomendados
>30
Muy bajas
Carga máxima permisible para grasa de silicona
20-30 Bajas
Grasas dinámicas ligeras
8-20
Medias
Grasa conteniendo aditivos AW
4-8
Altas
Grasa con aditivos EP y AW
<4
Extremadamente altas Grasa con aditivos EP y sólidos
27
d) Selección de propiedades adicionales
El ambiente y las características de una determinada aplicación definen los aditivos
que necesita el lubricante para que conserve mejor sus propiedades y así poder tener un buen
desempeño. En la tabla 2.6 se muestran los factores que influyen en las propiedades del
lubricante.
Tabla 2.6. Factores que influyen en las propiedades del lubricante
Propiedades
Factor que influye
Habilidad para soportar carga
Aditivos AW/EP
Estabilidad mecánica
Espesante
Protección contra herrumbre
Aceite + aditivo + espesante
Bombeabilidad
Aceite + espesante
Separación del aceite
Aceite + manufactura + espesante
Características del ruido
Aditivo + manufactura + espesante
Biodegradabilidad
Aceite
Protección contra corrosión
Aditivo + espesante
Resistencia al agua
Aditivo + manufactura + espesante
e) Selección de la viscosidad del aceite base
La viscosidad del aceite base es fundamental para la selección de la grasa, ya que es la
que garantiza que se forme una película de aceite suficientemente espesa en la zona de
28
contacto entre los elementos rodantes y los caminos de rodadura. Para ello el aceite deberá
conservar una viscosidad cinemática mínima a la temperatura de funcionamiento ν 1 . Esta
viscosidad mínima se puede determinar a través de la figura 2.4.
Figura 2.4. Estimación de la viscosidad cinemática mínima a la temperatura de funcionamiento
Cuando se conoce la temperatura de funcionamiento, los valores de viscosidad
correspondientes a la temperatura de referencia 40°C internacionalmente normalizada, es
decir, la clase de viscosidad ISO VG, se puede obtener de la figura 2.5 para un índice de
viscosidad de 95.
29
Viscosidad a la temperatura de funcionamiento
Temperatura de funcionamiento, °C
Figura 2.5. Viscosidad cinemática a la temperatura de referencia
La tabla 2.7 muestra el rango de la viscosidad cinemática en mm2/s de la clase de
viscosidad ISO VG.
30
Tabla 2.7 Clasificación de la viscosidad según la normativa ISO 3448
Grado de
viscosidad
Viscosidad cinemática a 40 ºC
media
mín
Máx
mm2/s
mm2/s
mm2/s
ISO VG 2
ISO VG 3
ISO VG 5
2,2
3,2
4,6
1,98
2,88
4,14
2,42
3,52
5,06
ISO VG 7
ISO VG 10
ISO VG 15
6,8
10
15
6,12
9
13,5
7,48
11
16,5
ISO VG 22
ISO VG 32
ISO VG 46
22
32
46
19,8
28,8
41,4
24,2
35,2
50,6
ISO VG 68
ISO VG 100
ISO VG 150
68
100
150
61,2
90
135
74,8
110
165
ISO VG 220
ISO VG 320
ISO VG 460
220
320
460
198
288
414
242
352
506
ISO VG 680
ISO VG 1.000
ISO VG 1.500
680
1 000
1 500
612
900
1 350
748
1 100
1 650
Después de calcular los valores de ν y ν 1 , se calcula κ
κ=
ν
ν1
(17)
El factor κ determina el grado de interacción entre las superficies de contacto a través
de la película de lubricante y por lo tanto las condiciones de lubricación.
Estas condiciones pueden ser: lubricación fluida que es la que garantiza que las
superficies de contacto estén completamente separadas por una película de lubricante,
31
lubricación límite que ocurre cuando las superficies de contacto están en contacto intenso y
cubiertas por una película muy fina de lubricante generando un desgaste excesivo, y
lubricación mixta que ocurre cuando las superficies se encuentran en contacto parcial (no
completamente separadas). El desgaste está dentro de los límites aceptables.
Es importante aclarar que todos los regímenes de lubricación están presentes en todas
las aplicaciones, pero en distintas etapas de funcionamiento. En los primeros segundos del
arranque de un equipo encontramos lubricación límite, luego pasamos por mixta y en
condiciones normales de operación debería existir la lubricación fluida. En la tabla 2.8 se
muestra la condición de lubricación presente en distintos valores de κ .
Tabla 2.8. Interpretación del valor κ
κ
Condición de lubricación
κ=4
Lubricación fluida + limpieza + carga moderadas = no fatiga
κ>4
Lubricación fluida
κ<4
Lubricación mixta (usar aditivos antidesgaste)
κ =1
Vida L10 del rodamiento asegurada
κ < 0 .4
Fricción mixta incrementada (usar aditivos EP o lubricantes sólidos)
f) Por último debe chequearse la compatibilidad de la grasa con:
•
Otras grasas
•
Preservativos
•
Jaula
•
Sellos
32
2.4 MÉTODO DE CASTIGLIANO [3]
El método de Castigliano fue utilizado para calcular la fuerza que ejerce un eje sobre
un arreglo de un rodamiento fijo en cada extremo, cuando cambia la temperatura del mismo
desde la ambiente hasta la de funcionamiento.
El método de Castigliano permite calcular los desplazamientos ocurridos en distintos
puntos de una estructura, cuando la misma está sometida a cargas externas. Este método está
basado en la energía de deformación que acumula una estructura por efecto de las cargas
externas aplicadas.
Las energías relacionadas con las acciones axiales, las acciones cortantes, los
momentos flectores y los momentos torsores se consideran por separado. La energía total de
un sistema sometido a cualquier combinación de estas cargas, es la suma de las energías
almacenadas en el sistema por cada tipo de carga.
2.4.1 Energía de deformación elástica acumulada por una viga sometida a acción
axial.
Cuando una barra se somete a la acción de una carga axial, de tracción o de
compresión, en un elemento interno genérico de longitud dz se genera una acción axial F que
provoca un alargamiento ∆dz .
La acción F realiza un trabajo que se supone se almacena completamente como
energía elástica en el elemento.
dU =
1
⋅ F ⋅ ∆dz
2
(18)
33
∆dz =
F ⋅ dz
A⋅ E
(19)
Sustituyendo la ecuación (19) en la ecuación (18) se obtiene:
dU =
1 F 2 ⋅ dz
⋅
2 A⋅ E
(20)
La energía total almacenada por la barra de longitud L será:
1 F 2 ⋅ dz
U =∫ ⋅
2 A⋅ E
(21)
Si N y A son constantes, y la barra es de un solo material:
U=
1 F2 ⋅L
⋅
2 A⋅ E
(22)
2.2.4.2 Teorema de Castigliano
“La derivada parcial de la energía de deformación elástica de un sistema con respecto a
una fuerza externa que actúa sobre el sistema, da el desplazamiento de esa fuerza en la
dirección de su línea de acción.”
∆L =
∂U F ⋅ L
=
∂F A ⋅ E
(23)
34
2.5 DEFORMACIÓN TÉRMICA [2]
Cuando un material cambia su temperatura pueden cambiar sus dimensiones. Por lo
general, cuando un material aumenta su temperatura se dilata, y cuando disminuye su
temperatura se contrae.
Se ha encontrado experimentalmente una fórmula para calcular
la deformación de un
miembro debido a un cambio de temperatura, si el material que lo conforma es homogéneo e
isótropo, y el cambio de temperatura es el mismo a lo largo de todo el miembro. Dicha
fórmula es la siguiente:
∆L = α ⋅ LO ⋅ ∆T
(24)
Siendo:
α = Coeficiente lineal de dilatación del material. Sus unidades son 1/°C (Celsius), 1/°F
(Fahrenheit) o 1/K (Kelvin).
∆T = cambio algebraico en la temperatura del material
LO = Longitud original del miembro
∆L = cambio algebraico en la longitud del miembro.
35
Capítulo III
METODOLOGÍA
El objetivo principal de este trabajo fue elaborar un Catálogo de Aplicaciones
Industriales que guie al Asesor Técnico de SKF Venezolana S.A en la presentación de
propuestas al cliente a partir del nuevo enfoque SKF en el cual la empresa debe proveer
soluciones.
Para realizar este proyecto se desarrollaron 4 fases:
1. Fase teórica
2. Fase de visitas a clientes
3. Fase de búsqueda de soluciones
4. Fase de elaboración del catálogo
Para facilitar la comprensión del desarrollo de éste trabajo se presentará una breve
descripción de cada fase.
1. Fase teórica
Mediante referencias bibliográficas e información archivada en el Departamento
Técnico de SKF Venezolana S.A, se procedió a buscar información técnica referente a tres
temas. El primer tema fue el de rodamientos y productos asociados (sellos, soportes,
herramientas, entre otros), y se hizo hincapié en encontrar para cada tipo de producto:
características, versiones, ventajas y desventajas. El siguiente tema fue el de los principales
segmentos industriales del país, específicamente los procesos de producción y, principios y
condiciones de funcionamiento de los equipos utilizados en cada uno de los procesos. El
último tópico fue el de fallas frecuentes en los equipos de cada segmento.
36
2. Fase de visitas a clientes
Después de tener una idea clara de los productos SKF, de los procesos industriales y de
las fallas frecuentes se planearon visitas a clientes claves de la empresa. Adicionalmente se
planearon las actividades a realizar en la misma.
Se utilizaron dos criterios para seleccionar los clientes que se iban a visitar. El primero
la existencia de convenios entre SKF Venezolana S.A y la empresa a visitar, y el segundo el
volumen de repuestos que se le suministran en la actualidad a la misma.
El primer contacto con el cliente se hizo a través de los Distribuidores Autorizados o
de los Asesores Técnicos de SKF que son los que los visitan con mayor frecuencia. Ellos
solicitaban una visita a planta y daban una idea general del trabajo que se iba a realizar. El
segundo contacto se hizo por vía correo electrónico detallando cada una de las actividades. A
continuación se presenta una lista de estas actividades:
a) Recorrido general de la planta (para comprender el proceso)
b) Definición (junto con el cliente) del nivel de criticidad de los equipos.
c) Rellenado de una ficha de solicitud de información técnica (Anexo 1) de los
equipos más críticos.
d) Solicitud de las estadísticas de parada de los equipos críticos en los dos últimos
años (principalmente las paradas por fallas de rodamiento) o en su defecto
elaboración de una lista de los problemas típicos que presentan dichos equipos.
Al final de cada visita se organizaba y registraba toda la información recopilada.
3. Fase de búsqueda de soluciones
Se elaboró una lista de las fallas más frecuentes de los equipos críticos de las
principales industrias del país uniendo la información de los casos de análisis de fallas
atendidos por el Departamento Técnico en los tres últimos años con la información
37
suministrada por los clientes. Se buscó un producto SKF que evitara o disminuyera el tiempo
entre las fallas prematuras de cada equipo. Por último, mediante cálculos teóricos se comprobó
que las soluciones propuestas funcionaran.
4. Fase de elaboración del catálogo
La información teórica recopilada se colocó en forma resumida y concreta en un libro
que se llamó posteriormente Catálogo de Aplicaciones Industriales SKF. Este catálogo se
clasificó en 5 secciones: alimentos y bebidas, minería y construcción, siderurgia, pulpa y
papel, y petróleo. Al principio de cada segmento se colocó un diagrama donde se explicaba el
proceso del mismo. Luego, se desarrollaron por separado los equipos críticos de estos
procesos. A cada equipo se le colocó el principio de funcionamiento, las condiciones a las que
opera y las soluciones SKF. Las soluciones se agruparon en: rodamientos y productos
asociados, lubricación, montaje y desmontaje, y sistemas de sellado. En las secciones de
rodamientos y productos asociados, y de sistemas de sellados no sólo se colocaron los
productos solución de las fallas prematuras sino los productos normalmente utilizados que se
desempeñan correctamente. En la sección de lubricación se seleccionaron las grasas utilizando
las condiciones de funcionamiento promedio de cada tipo de equipo.
Después de terminar todo el proceso anterior, se elaboró un programa de revisión
donde participaron todos los ingenieros de aplicación y todos los asesores técnicos. Los
ingenieros verificaron que el contenido estuviese correcto, mientras que los asesores dieron
sus opiniones acerca de la facilidad de lectura y la cantidad de información.
Una vez finalizado el programa de revisión, se estableció junto con el Departamento de
Mercadeo la presentación de dicho catálogo y se eligió el diseñador que iba a encargarse del
arte del mismo.
38
Capítulo IV
SOLUCIONES SKF
4.1 SOLUCIONES PROPUESTAS PARA FALLAS FRECUENTES
La vida nominal o básica de un rodamiento calculada teóricamente se puede desviar
significativamente de la vida útil real en una aplicación determinada. La vida útil en una
aplicación depende de una variedad de factores, entre los que se encuentra la lubricación, el
grado de contaminación, la desalineación, el montaje adecuado y las condiciones ambientales.
La fórmula de vida nominal SKF incluye algunos de estos factores (lubricación,
contaminación sólida y límite de fatiga del material) lo cual acerca el valor de vida teórico al
valor real. Pero por mucho que se trate de acercar al valor real siempre habrá un grado de
incertidumbre que está presente en las simulaciones de sistemas reales. Sin embargo se puede
buscar que estas fallas prematuras no ocurran. A continuación se discutirán las soluciones
propuestas:
4.1.2 Para fallas por contaminación
La contaminación es un problema presente en la mayoría de las industrias. Esta
contaminación puede ser por agua u otro líquido, por químicos o por partículas sólidas. Estos
tipos de contaminantes son muy diferentes y causan daños completamente distintos en el
rodamiento.
La consecuencia de entrada de agua o agentes corrosivos al rodamiento es la corrosión.
Cuando se hace una buena selección del lubricante para estos casos, se selecciona uno que
posea aditivos anticorrosivos, pero estos aditivos sólo pueden contrarrestar pequeñas
cantidades de agua, por lo que la solución en estos casos es instalar un buen sistema de
sellado. Aunque el agente contaminante sea el mismo en dos equipos diferentes, el sello ideal
39
puede variar debido a que su selección depende de otros factores como la velocidad, la
temperatura, la desalineación, entre otros.
La consecuencia de entrada de partículas sólidas a las pistas del rodamiento puede ser
desgaste cuando se trata de partículas abrasivas o identaciones cuando partículas extrañas
como virutas, rebabas o hilos desprendidos de trapos son arrolladas en los caminos de
rodadura por los elementos rodantes. La solución para estos casos sigue siendo un buen
sistema de sellado. Existen sellos especiales para prevenir la entrada de contaminantes sólidos.
Un punto muy importante es que la entrada de contaminantes puede ocurrir en el
momento del montaje, por lo cual se recomienda montar los rodamientos en un ambiente
limpio y no abrir sus envoltorios protectores hasta el momento inmediatamente anterior al de
su montaje.
4.1.2 Para fallas por alto consumo de grasa
El alto consumo de grasa es un problema que se presenta en la industria alimenticia y
en la siderúrgica. En la industria alimenticia este alto consumo se debe a los estrictos y
frecuentes regímenes de limpieza, mientras que en la siderúrgica se debe a los necesarios
sistemas de refrigeración debido a las altas temperaturas.
Esta falla está muy ligada a la contaminación por agua, debido a que cuando se lava la
grasa el rodamiento queda desprotegido y se corroe. Pero otro problema fundamental de esta
falla es el alto costo económico.
La solución para este problema es un rodamiento sellado, el cual impide tanto la
entrada de agua al rodamiento, como el lavado de la grasa. Como los rodamientos sellados
necesitan un menor mantenimiento y en algunos casos son libres de mantenimiento, el ahorro
en el consumo de grasa y el mantenimiento es considerable, además de que ya no son
necesarios los sistemas de lubricación. También se hace menos difícil el tratamiento del agua
40
que se utiliza para limpiar o refrigerar los equipos. Y por último, el impacto ambiental
disminuye al disminuir el consumo de grasa.
En el ejemplo de cálculo número 1 presentado en el próximo capítulo se puede
observar el ahorro considerable que se puede lograr evitando el alto consumo de grasa. Cabe
destacar que el cálculo que se realizó es muy sencillo ya que sólo se consideró el ahorro en
lubricante y mano de obra, no incluye otros ahorros como el ahorro en el sistema de limpieza
de agua, y el ahorro de desechar la grasa utilizada.
4.1.3 Para fallas por bloqueo del rodamiento libre
Una falla muy frecuente en los rodamientos es el bloqueo del rodamiento libre, es
decir, deja de deslizar correctamente en su asiento para acomodar la expansión o contracción
axial del eje producidas por los cambios de temperaturas.
Actualmente en Venezuela el arreglo de los equipos que presentan esta falla
recurrentemente (ventiladores, cribas, trituradores, molinos, máquinas papeleras) posee
rodamientos de rodillos a rótula (Figura 4.1), llamado SRB por su siglas en inglés, tanto en el
lado libre como en el lado fijo.
La solución para este problema es el rodamiento toroidal de rodillos a rótula (Figura
4.2), llamado comúnmente CARB por sus siglas en inglés, el cual posee mayor capacidad de
carga que un SRB del mismo tamaño. También acomoda la desalineación internamente sin
elevar los niveles de fatiga, y adicionalmente garantiza una total libertad axial en la posición
libre, ya que el ajuste axial tiene lugar dentro del rodamiento con una fricción insignificante.
No hay riesgo de inducir ninguna carga de empuje en la disposición de rodamientos, de
manera que minimiza la carga total en ambos rodamientos.
Como el CARB tiene las mismas dimensiones externas que un SRB con diámetro
interno igual, el reacondicionamiento es muy sencillo, y requiere tan sólo simples aros
41
distanciadores para fijar axialmente el aro del rodamiento, que anteriormente no era fijo en la
disposición de todos los rodamientos de rodillos a rótula.
En el ejemplo de cálculo número 2 del próximo capítulo se puede observar que la vida
teórica del rodamiento CARB es mayor que la del SRB, esto es debido a su mayor capacidad.
La diferencia real entre las vidas de estos dos rodamientos es mucho mayor a la que se puede
observar en los cálculos. La vida real del rodamiento fijo del arreglo original frecuentemente
es mucho menor a la vida teórica, debido a que ocurren fallas prematuras originadas por la
corrosión en el contacto entre el aro externo del rodamiento y el alojamiento impidiendo que
el rodamiento se desplace axialmente.
Cuando el rodamiento libre se bloquea, origina una carga axial mucho mayor (en el
ejemplo es 174 veces mayor) a la que puede soportar el rodamiento, por lo cual el rodamiento
falla catastróficamente, mientras que el CARB puede soportar cómodamente el
desplazamiento axial producido por la dilatación del eje (en el ejemplo después de la
dilatación del eje podía absorber 22 mm adicionales de desplazamiento axial).
Figura 4.1. Rodamiento de rodillos a rótula
Figura 4.2. Rodamiento de rodillos toroidales (CARB)
42
4.1.4
Para fallas por paso de corriente eléctrica
El paso de corriente eléctrica a través de los aros y elementos rodantes del rodamiento
daña las superficies de contacto y la grasa. Este daño se produce porque se produce una
soldadura entre los puntos de contacto debido a las altas temperaturas localizadas. El resultado
es una reducción de la vida del rodamiento y ruido del mismo. La única manera de evitar
daños en el rodamiento es impedir cualquier paso de corriente eléctrica a través del mismo.
Esto se puede lograr colocando rodamientos especiales aislados contra la electricidad
(INSOCOAT) debido a su recubrimiento de óxido de aluminio.
4.1.5
Para fallas por mala selección de lubricante
Según estudios realizados por SKF
[11]
, la lubricación incorrecta representa hasta un
36% de las fallas prematuras de los rodamientos. Los lubricantes de uso general son
inadecuados para necesidades especiales de rodamientos y pueden ocasionar más problemas
que beneficios. Las aplicaciones de rodamientos tienen grandes variaciones de carga,
velocidad, temperatura y ambiente, y una lubricación correcta exige una selección precisa del
tipo de grasa utilizando las condiciones de operación de cada equipo. Como por lo general
diferentes equipos de un mismo tipo operan bajo condiciones similares, se seleccionó un
lubricante común, pero es recomendable que antes de utilizar un lubricante se verifique que las
condiciones de este nuevo equipo entren en el rango de las condiciones de operación típicas de
esa aplicación.
Es muy fácil determinar el lubricante adecuado para cada aplicación, por lo que no se
justifica dejar de hacer los cálculos. Tampoco debe utilizarse un lubricante de uso general
para disminuir los costos de lubricantes, ya que esto originaría mayor consumo de rodamientos
que implica un gasto mayor.
43
4.1.6 Para fallas por lubricación inadecuada
Además de hacer una correcta selección de la grasa o aceite para cada aplicación, se
debe tomar en cuenta que tanto la cantidad de éste como los intervalos de relubricación son
muy importantes para lograr una lubricación adecuada del rodamiento.
Cuando no hay suficiente lubricante o cuando éste ha perdido sus propiedades, no es
posible que se forme una película de aceite con suficiente capacidad de carga para evitar el
contacto entre las pistas de rodadura y los elementos rodantes, produciéndose desgaste. El
sobre-engrase de los rodamientos también puede tener efectos perjudiciales en la vida del
rodamiento, ocasionando que la temperatura de funcionamiento se eleve y por consiguiente se
acorte la vida del rodamiento.
La cantidad de tiempo que tienen que utilizar los equipos de mantenimiento para
lubricar manualmente las máquinas considerando la dificultad de accesar a algunos puntos de
lubricación es también un punto muy importante.
La solución para este problema son los dispositivos de lubricación automática. SKF
ofrece dos productos, uno de un solo punto de lubricación (System 24) y otro de ocho llamado
Sistema Multipuntos. Con estos productos se logra una lubricación continua y graduable. Esta
solución no se puede recomendar en todas las máquinas porque estos lubricadores sólo se
ofrecen con ciertos tipos de grasa. En los casos donde no se pueden utilizar dispositivos
automáticos es importante cumplir con una rutina de relubricación.
4.1.7 Para fallas por adherencias
Las adherencias ocurren cuando dos superficies inadecuadamente lubricadas deslizan
entre sí bajo carga ocasionando que el material se transfiera de una superficie de contacto a
otra. Estas superficies pueden llegar a desgarrarse y presentar mal aspecto. Cuando se produce
adherencia, el material generalmente alcanza temperaturas de revenido, lo cual ocasiona
contracciones de fatiga localizadas que pueden originar agrietamiento o desconchado.
44
Específicamente en las calandras, las adherencias se producen debido a que los
elementos rodantes del rodamiento, en este caso rodillos, son acelerados cuando entran en la
zona de carga debido a las altas velocidades.
La mejor manera de evadir las adherencias en rodamientos que soportan cargas
normales, como la de los rodillos de la sección de prensado, es incrementar el grosor de la
película de aceite, utilizando aditivos EP y reducir el contenido de agua en el lubricante.
Cuando las cargas radiales sean pequeñas, como es el caso de las calandras, la mejor
solución es utilizar rodamientos anti-desgaste (NoWear), los cuales poseen un recubrimiento
de carbón amorfo hidrogenado mixto resistente al desgaste y con baja fricción.
4.1.8 Para evitar paradas no planificadas
Las altas cargas y el ambiente hostil presente en todos los equipos del segmento de
minería y construcción ocasionan frecuentemente fallas catastróficas del rodamiento que
resultan en paradas no planificadas. El mayor problema de las paradas no planificadas es la
pérdida de grandes cantidades de dinero por disminución de la producción.
La solución de este problema es el Sistema SKF Copperhead que consiste en una
combinación exclusiva de tecnología de rodamientos y de monitorización del estado que
puede reducir los costes de mantenimiento y ofrecer la información que el cliente necesita
sobre el estado de las máquinas para eliminar prácticamente el tiempo de paradas no
planificadas en este tipo de equipos. Este flexible sistema, disponible en forma de kit, combina
los rodamientos de calidad SKF Explorer con un avanzado sensor de vibración/temperatura y
unidades de control.
4.1.9 Para fallas por operaciones incorrectas de montaje y desmontaje
Según estudios realizados por SKF
[11]
, alrededor del 16% de todos los fallos
prematuros de los rodamientos son causados por montajes deficientes o inadecuados. Las
45
incorrectas operaciones de montaje y desmontaje se pueden deber a dos causas fundamentales:
herramientas no adecuadas y desconocimiento de los procesos de montaje y desmontaje de
rodamientos.
Para corregir el problema de desconocimiento se debe dar a conocer la página web
www.skf.com/mount donde aparecen todos los procedimientos para montar rodamientos. Las
herramientas que se deben utilizar para instalar o desinstalar un rodamiento depende del tipo
de montaje o desmontaje (térmico, hidráulico, inyección de aceite o mecánico), de la
disposición de rodamientos (asiento cilíndrico, asiento cónico, manguito de fijación y
manguito de desmontaje) y, del tipo y tamaño del rodamiento.
En el Catálogo de Aplicaciones Industriales SKF se colocaron las herramientas
adecuadas para cada máquina. Cómo en un mismo tipo de equipo se pueden encontrar varias
disposiciones diferentes, se colocaron las herramientas específicas para las disposiciones
frecuentemente encontradas en la industria venezolana. En las soluciones de montaje y
desmontaje se colocó el tipo de herramienta de forma genérica y luego un cuadro de selección
para que el asesor técnico elija la herramienta adecuada para cada aplicación específica.
4.1.10 Para fallas por mala selección del rodamiento
Los rodamientos que utiliza un equipo los seleccionan los diseñadores del mismo. Para
esta selección se consideran unas condiciones de funcionamiento propuestas por el creador de
la máquina. En ocasiones, el usuario del equipo lo pone a funcionar bajo unas condiciones
diferentes. En estos casos se debe verificar que los rodamientos originales del equipo puedan
tener un buen desempeño al operar en las nuevas condiciones, si no, puede ocurrir una falla
prematura.
El ejemplo número 3 del próximo capítulo trata sobre un motor eléctrico que estaba
diseñado para operar en posición horizontal y fue colocado en posición vertical sin hacer
ningún cambio en el arreglo del equipo o en el lubricante. Esto ocasiona que el rodamiento
falle prematuramente. En realidad, cuando el motor fue puesto en funcionamiento en posición
46
vertical, el rodamiento falló antes de lo calculado con la fórmula de vida nominal. La causa de
falla fue un exceso de temperatura originado por mala lubricación, porque la consistencia de la
grasa en posición horizontal debe ser de grado NGLI 3 en vez de NGLI 2, y además no existía
ninguna tapa que evitara que la grasa se saliera del rodamiento.
A pesar de que se pueden recomendar los tipos de rodamientos que mejor funcionan
para cada aplicación, la solución de esta falla es específica de cada equipo debido a que las
condiciones de operación de cada uno son diferentes.
4.1.11 Para fallas por mala selección del juego interno del rodamiento
Si el juego radial del rodamiento es demasiado pequeño, su temperatura de
funcionamiento aumentará, impidiendo que el lubricante forme la película necesaria. Cuando
ocurre esto se generan micro-soldaduras entre las superficies metálicas en contacto, lo que se
traduce en una vida de servicio más corta. Si el juego radial del rodamiento es muy grande, los
elementos rodantes en vez de tener un movimiento de rodadura sobre las pistas, empiezan a
patinar, lo cual también aumenta la temperatura de funcionamiento e impide que se forme la
película de lubricante necesaria, disminuyendo también la vida de funcionamiento. Entre
mayor sea la carga que tiene que soportar el rodamiento, el juego debe ser más grande que el
normal. Cuando las cargas son pequeñas el juego debe ser menor que el normal. La
terminología de juego interno está explicada en la sección 2.2.3.
4.1.12 Para fallas por desbalanceo
Cuando un equipo está desbalanceado, es decir, el centro de masa de su rotor no está
situado en el centro de rotación, se origina una fuerza centrífuga. Si esta fuerza es importante,
se reduce de manera significativa la vida de los rodamientos. SKF cuenta con un analizador de
vibraciones portátil que incorpora una amplia gama de funciones, entre una de esas funciones
está el balanceo de equipos.
47
4.1.13 Para fallas por desalineación
La desalineación de ejes en los equipos rotativos puede causar fallos frecuentes.
Genera cargas de vibración adicionales que pueden causar daños prematuros a los
rodamientos, los sellos y los acoplamientos. También puede incrementar significativamente el
consumo de energía. SKF tiene una herramienta especial para alineación de ejes. La
desalineación de poleas puede producir averías frecuentes, un incremento de ruido y vibración,
y un consumo de energía más elevado. Por lo tanto, la alineación precisa de las poleas es
esencial para reducir los costos de mantenimiento. SKF ha desarrollado una herramienta de
alineación de poleas.
48
4.2 MINERÍA Y CONSTRUCCIÓN
La industria de minería y construcción es un área que utiliza equipos pesados. Estos
equipos suelen operar 24 horas al día, siete días a la semana, y cualquier parada es
extremadamente costosa. Esto significa que los rodamientos utilizados en este tipo de
industrias deben ser de la más alta calidad y confiabilidad.
Los procesos básicos de este tipo de industrias son: la explotación de mineral, el
transporte de materia prima, la trituración, la molienda, el almacenamiento, el empaque y el
despacho. En el caso del cemento y algunos minerales como el níquel también hay un proceso
de cocción. Los equipos utilizados en los procesos nombrados anteriormente operan en un
ambiente hostil y altamente contaminado que se caracteriza por el calor, el frío, el agua y los
contaminantes extremadamente abrasivos.
4.1.1 Listado de equipos críticos
a) Cribas vibratorias
b) Trituradoras de mandíbula
c) Transportadores a granel
d) Molinos
4.1.2 Fallas típicas y sus soluciones
En la tabla 4.1 se presenta un resumen de los problemas más frecuentes que presentan
los rodamientos de las cribas vibratorias, trituradoras de mandíbula, transportadores a granel y
molinos, con su causa y la solución encontrada después de realizar este proyecto.
Los problemas más frecuentes fueron tomados de los archivos de Análisis de Fallas del
Departamento Técnico de SKF Venezolana, y de información obtenida de la Intranet de
SKF[15].
49
Tabla 4.1. Resumen de los problemas con sus causas y soluciones de
los rodamientos del segmento de minería y construcción
Problema
Causa
Solución
•
Contaminación
Inadecuada lubricación
Combinación de Sellos (Sello laberinto con anillo
en V y manguito de desgaste).
•
Rodamientos de rodillos a rótula sellados.
•
Sistema de lubricación automática de un solo
punto (System 24)
•
Sistema de lubricación automática de ocho puntos
(Sistema multipuntos)
Cribas:
Falla frecuente de
los rodamientos
•
Grasa SKF LGEP 2 (Bajas velocidades)
•
Grasa SKF LGHB 2(Altas temperaturas)
Trituradoras:
Lubricante incorrecto
•
Grasa SKF LGEM 2
Transportadores a granel:
•
Grasa SKF LGEP 2
Transportadores a granel:
•
Grasa SKF LGEV 2
•
Rodamiento fijo: Rodamiento de rodillos a rótula.
(Para el caso de cribas rodamiento existe una
Mala selección del
rodamiento
versión especial para aplicaciones vibratorias)
•
Rodamiento libre: CARB o Rodamiento de
rodillos a rótula recubiertos.
Bloqueo del rodamiento
•
CARB para aplicaciones vibratorias.
libre
•
Rodamiento de rodillos a rótula recubiertos.
Herramientas no
Operaciones incorrectas de
montaje y desmontaje
adecuadas
•
Desconocimiento
•
Recomendar la página web ww.skf.com/mount.
•
SKF Cooperhead (detector de fallas).
Utilización de herramientas adecuadas.
de buenas prácticas de
montaje y desmontaje.
Paradas no planificadas
No existe monitoreo
50
4.3 SIDERÚRGIA
La primera etapa de una empresa siderúrgica es la elaboración del acero, la cual se
puede realizar por dos métodos, fabricación de acero basada en oxígeno (BOS) o con hornos
de arco eléctrico. Después de fundir el material, éste es refinado y posteriormente pasa a las
máquinas de colada continua para su solidificación, obteniéndose productos semielaborados
(planchones o palanquillas) que se destinan a la fabricación de productos planos y productos
largos, los cuales se obtienen después de un proceso de laminación en caliente o en frío. Por lo
general, los equipos utilizados en estos procesos están sometidos a altas cargas, extremo calor,
y grandes cantidades de agua, lo que genera altos costos de mantenimiento.
4.3.1 Lista de equipos críticos
a) Laminadores (en frío y en caliente)
b) Equipos de colada continua
4.3.2 Fallas típicas y sus soluciones
En la tabla 4.2 se presenta un resumen de los problemas más frecuentes que presentan
los rodamientos de los laminadores y equipos de colada continua con su causa y la solución
encontrada después de realizar este proyecto.
51
Tabla 4.2. Resumen de los problemas con sus causas y soluciones de
los rodamientos del segmento siderúrgico
Problema
Causa
Solución
Contaminación por agua
•
Rodamientos de rodillos a rótula sellados.
Excesivo consumo
•
Rodamientos de rodillos a rótula sellados.
•
Grasa SKF LGHB 2
de lubricante
Falla frecuente de
(Lavado de grasa)
los rodamientos
Lubricante incorrecto
(Altas temperaturas).
•
Grasa SKF LGEM 2
(sólo para equipos de colada continua)
Bloqueo del rodamiento libre
•
CARB.
Herramientas no adecuadas
•
Utilizar herramientas adecuadas
Desconocimiento
•
Recomendar la página web
Operaciones incorrectas de
montaje y desmontaje
de buenas prácticas de
www.skf.com/mount.
montaje y desmontaje.
Paradas no planificadas
No existe monitoreo
•
SKF Cooperhead (detector de fallas).
52
4.4 ALIMENTOS Y BEBIDAS
El segmento de alimentos y bebidas es muy amplio, y el proceso de fabricación de
cada alimento es diferente, por lo cual se hace muy difícil abarcar en este proyecto todos estos
procesos.
A pesar de la gran diferencia en cada uno de los procesos de fabricación de los
distintos alimentos, las condiciones de operación son muy similares. La mayoría de las áreas
de producción de alimentos están expuestas a un ambiente muy húmedo y a contacto con
químicos, bien sea como parte del proceso o por los necesarios y estrictos regímenes de
limpieza. Por esto, en este segmento no se elaboró una lista de los equipos críticos sino que se
desarrollaron equipos que se encuentran en la mayoría de las industrias de alimentos.
4.4.1 Lista de equipos desarollados
a) Lavadora de latas o botellas
b) Llenadora de latas o botellas
c) Selladora de latas
4.4.2
Fallas típicas y sus soluciones
En la tabla 4.3 se presenta un resumen de los problemas más frecuentes que presentan
los rodamientos de las lavadoras, llenadoras y selladoras, con su causa y la solución
encontrada después de realizar este proyecto.
53
Tabla 4.3. Resumen de los problemas con sus causas y soluciones de
los rodamientos del segmento de alimentos y bebidas
Problema
Causa
Solución
•
Contaminación por alta
humedad y contacto con
químicos
inoxidable
•
Rodamientos rígidos de bola recubiertos con
zinc.
•
Unidades de rodamientos especialmente
diseñados para industrias alimenticias.
Falla frecuente de
los rodamientos
Rodamientos de rígidos de bolas de acero
Alto consumo de grasa por
•
Rodamientos de rodillos a rótula sellados.
•
Grasa SKF LGGB 2 (Altas temperaturas).
•
CARB
•
Utilizar herramientas adecuadas.
lavado de equipos
Lubricante incorrecto
Bloqueo del
rodamiento libre
Operaciones incorrectas de
montaje y desmontaje
Herramientas no adecuadas
4.5 PETRÓLEO
El proceso de refinación petrolera es un proceso químico, pero se puede encontrar gran
cantidad de equipos rotativos que se utilizan en su mayoría para manejar fluidos.
El primer proceso de la refinación petrolera es la destilación de crudo, la cual consiste
en separar los distintos componentes según su punto de ebullición, esto se puede lograr de dos
maneras: con destilación atmosférica o con destilación al vacío. La diferencia entre estos es
que el último permite obtener mayores temperaturas a muy bajas presiones y lograr la
refinación de fracciones más pesadas. El proceso de destilación es el que involucra la mayor
cantidad de bombas en una refinería.
54
Muchos de los productos que se obtienen en la destilación requieren tratamientos
adicionales para removerles impurezas o para aprovechar ciertos hidrocarburos. Algunos de
estos procesos son: la desfaltación, la extracción de azufre y el craqueo catalítico.
La desfaltación con propano se utiliza para extraer aceites pesados del asfalto para
luego utilizarlos como lubricante o como carga en otros procesos. Este proceso se lleva a cabo
en una torre de extracción líquido-líquido.
La extracción de azufre se logra haciendo reaccionar los productos (nafta, gasoil, entre
otros)
con hidrógeno y un catalizador. En este proceso se pueden encontrar bombas,
compresores y turbinas.
Para la manufactura de la gasolina y la porción más pesada del crudo se hace a través
del craqueo catalítico. En esta etapa están involucradas bombas de achique, un soplador de
aire y un compresor.
En las refinerías está presente una elevada contaminación, debido al alto contenido de
azufre, la presencia de sulfuro de hidrógeno, sal, humedad y ácidos utilizados en los procesos.
4.4.1 Lista de equipos críticos
a) Bombas
b) Compresores
c) Ventiladores
d) Motores
Debido a que estos equipos se encuentran en la mayoría de las industrias, se
desarrollaron en una sección aparte llamada equipos de servicios generales.
55
4.6 PULPA Y PAPEL
Las máquinas papeleras pueden ser de más de 10 metros de ancho, 20 metros de alto y
200 metros de largo. Generalmente ellas poseen una sección de formado, una sección de
prensado, una sección de secado, una sección de revestimiento, una calandra y una
enrolladora. Las máquinas grandes incorporan más de 1500 rodamientos. Las condiciones de
estos rodamientos varían enormemente dependiendo de la sección donde están instalados. El
diseño de máquinas papeleras difiere según la cantidad de papel o cartón que se va a producir.
Una máquina papelera tiene una gran cantidad de rodillos, todos ellos equipados con
rodamientos medianos y grandes.
Por lo general estas máquinas operan a alta velocidad, a alta temperatura, con gran
desalineación y elevada excentricidad y alta humedad sobre todo en la sección de secado. Las
velocidades de operación varían desde 100 hasta 150 m/min en las máquinas de secado de
pulpa, desde 400 hasta 700 m/min en las de cartón, desde 900 hasta 1200 m/min en las de
papel fino, desde 1000 hasta 1500 m/min en las de papel periódico y desde 1200 hasta 5000 en
las de papel higiénico.
Las mayores temperaturas de estas máquinas se encuentran en la sección de secado,
donde el vapor que pasa por dentro de los rodillos puede alcanzar temperaturas de 140 a
150°C en máquinas de papel periódico, de 190 a 200°C en máquinas de papel fino o papel
higiénico y en procesos modernos con vapor sobrecalentado hasta 225°C.
4.5.1 Lista de Equipos Críticos
a) Sección de formación
Rodillos de pecho y delanteros
Rodillos guías
Rodillos de succión
56
b) Sección de húmeda
Rodillos de succión
Rodillos de compensación de flexiones
c) Sección de secado
Cilindros secadores
Cilindros Yankees
Rodillos de fieltro
d) Sección de acabado
Calandra húmeda
Calandra seca
4.4.2
Fallas típicas y sus soluciones
En la tabla 4.4 se presenta un resumen de los problemas más frecuentes que presentan
los rodamientos de las máquinas papeleras, con su causa y la solución encontrada después de
realizar este proyecto.
57
Tabla 4.4. Resumen de los problemas con sus causas y soluciones de
los rodamientos del segmento de pulpa y papel
Problema
Causa
Contaminación por
Solución
•
Rodamientos de rodillos a rótula sellados.
•
Rodamientos de rodillos a rótula sellados.
•
Sistema multipuntos (grasa).
•
Soportes especiales para lubricación con
alta humedad o chisporreteo
de agua (sobretodo en las
sección de formación y la
sección húmeda)
Alto consumo de grasa por
lavado de equipos
Falla frecuente de
los rodamientos
Inadecuada lubricación
aceite.
Lubricante incorrecto
•
Grasa SKF LGEP 2 (Altas temperaturas).
•
Aceite con aditivos EP, anti-desgaste e
inhibidores de polvo.
Incorrectas operaciones de
montaje y desmontaje
Bloqueo del rodamiento libre
•
CARB
Adherencias (Sólo calandras)
•
Rodamientos NoWear
•
Utilizar herramientas adecuadas.
Herramientas no adecuadas
4.7 EQUIPOS DE SERVICIOS GENERALES
En esta sección se desarrollan los equipos que se pueden encontrar en cualquier
industria independientemente del segmento al cual pertenezcan.
4.6.1 Listado de equipos
a) Bombas
b) Motores
c) Ventiladores
58
4.6.2 Fallas típicas y sus soluciones
En la tabla 4.5, 4.6 y 4.7 se presenta un resumen de los problemas más frecuentes que
presentan los rodamientos de los ventiladores, bombas y motores, respectivamente, con su
causa y la solución encontrada después de realizar este proyecto.
Tabla 4.5. Resumen de los problemas con sus causas y soluciones de
los rodamientos de los ventiladores
Problema
Causa
Solución
Contaminación
Inadecuada lubricación
•
Sellos para soportes
•
Sistema de lubricación automática de un solo
punto (System 24)
•
Sistema de lubricación automática de ocho
puntos (Sistema multipuntos)
•
Falla frecuente de
los rodamientos
Lubricante incorrecto
Grasa SKF LGMT2, LGMT3 (Ventiladores
medianos y grandes)
•
Grasa SKF LGEP2, LGWA2/VKG-1
(Ventiladores pequeños)
•
Desalineación
Rodamiento Fijo: Rodamiento de rodillos o de
bolas a rótula (autoalineables).
•
Herramienta para alinear ejes.
Bloqueo del rodamiento libre
•
Rodamiento CARB.
Herramientas no adecuadas
•
Utilizar herramientas adecuadas.
Incorrectas operaciones de
Desconocimiento
•
Recomendar la página web
montaje y desmontaje
de buenas prácticas de
www.skf.com/mount.
montaje y desmontaje.
Desbalanceo
•
Equipo colector, analizador y balanceador
(Microlog)
59
Tabla 4.6. Resumen de los problemas con sus causas y soluciones de
los rodamientos de las bombas
Problema
Causa
Solución
Contaminación
•
anillos en V pequeños.
•
Inadecuada lubricación
Combinación de sello radial de labio con
Sistema de lubricación automática de un solo
punto (System 24)
•
Sistema de lubricación automática de ocho
puntos (Sistema multipuntos)
•
Falla frecuente de
Lubricante incorrecto
los rodamientos
Grasa SKF LGMT2, LGMT3 (Ventiladores
medianos y grandes)
•
Grasa SKF LGEP2, LGWA2/VKG-1
(Ventiladores pequeños)
•
Desalineación
Bloqueo del rodamiento libre
Mala selección del juego
Rodamiento Fijo: Rodamiento de rodillos o de
bolas a rótula (autoalineables).
•
Herramienta para alinear ejes.
•
Rodamiento CARB.
•
Para todos los rodamientos excepto los de
contacto angular el juego debe ser mayor que
interno
el normal C3.
Herramientas no adecuadas
•
Utilizar herramientas adecuadas.
Desconocimiento
•
Recomendar la página web
Incorrectas operaciones de
montaje y desmontaje
de buenas prácticas de
montaje y desmontaje.
www.skf.com/mount.
60
Tabla 4.7. Resumen de los problemas con sus causas y soluciones de
los rodamientos de los motores eléctricos
Problema
Causa
Solución
Contaminación
•
Sello Defender
•
Sellos radiales (pequeños
•
Anillos en V pequeños
•
Sistema de lubricación automática de un solo
Inadecuada lubricación
(exceso de lubricante)
punto (System 24)
•
Sistema de lubricación automática de ocho
puntos (Sistema multipuntos)
Falla frecuente de
los rodamientos
•
Lubricante incorrecto
Grasa SKF LGHP 2, LGMT2, LGMT3
(Ventiladores grandes)
•
Grasa SKF LGHP 2 (Ventiladores pequeños y
medianos)
Desalineación
•
Herramienta para alinear ejes.
Paso de corriente eléctrica por
•
Rodamiento aislado (INSOCOAT o híbrido)
el rodamiento
en el extremo no accionado.
Herramientas no adecuadas
•
Utilizar herramientas adecuadas.
Incorrectas operaciones de
Desconocimiento
•
Recomendar la página web
montaje y desmontaje
de buenas prácticas de
www.skf.com/mount.
montaje y desmontaje.
Desbalanceo
•
Microlog (Equipo colector, analizador y
balanceador).
61
Capítulo V
EJEMPLOS DE CÁLCULOS
1. Segmento: Pulpa y Papel
Equipo: Rodillos de la sección de secado
Problema: Corrosión de los rodamientos y alto consumo de grasa.
Solución: Intercambio de los rodamientos de rodillos a rótula (SRB) por rodamientos
de rodillos a rótula sellados (SSRB)
Número de rodillos:
14
Cantidad de rodamientos por rodillos:
2
Promedio de vida real de los rodamientos actuales:
L10 h = 4320 h (6 meses)
Vida esperada de los rodamientos SSRB
L10 h = 43200 h (5 años)
62
Tabla. 5.1 Cálculo de ahorro de intercambiar SRB por SSRB
0-4 meses
4-8 meses
8-12 meses
0-12 meses
147,83
147,83
147,83
443,49
15,89
15,89
15,89
47,68
21,19
21,19
21,19
63,57
128,96
128,96
128,96
386,89
4,36
4,36
4,36
13,08
318,24
318,24
318,24
954,71
327,29
0
0
327,29
15,89
0
0
15,89
21,19
0
0
21,19
Costo de lubricante (4 meses)
0
0
0
0,00
Mano de obra por relubricación
0
0
0
0,00
364,38
0
0
364,38
Costo de rodamiento
Mano de obra por desmontaje y
montaje del rodillo (6 horas)
Mano de obra por desmontaje y
SRB
montaje del rodamiento (8 horas)
Costo de lubricante (4 meses)
Mano de obra por relubricación
(5 horas)
TOTAL ($)
Costo de rodamiento
Mano de obra por desmontaje y
montaje del rodillo (6 horas)
Mano de obra por desmontaje y
SSRB
montaje del rodamiento (8 horas)
TOTAL ($)
El ahorro de un rodillo el primer año es de:
590,33 $
El ahorro de un rodillo por año (a partir del segundo año) es de:
954,71 $
El ahorro total de un rodillo en 5 años es de:
4.409,17$
El ahorro total haciendo el cambio de rodamientos en los 14 rodillos es de: 61.728,38 $
63
2. Segmento: Minería
Equipo: Triturador de mandíbula
Problema: Bloqueo del rodamiento libre
Arreglo Original (estructura): Lado fijo:
23156 CC/W33 C3 (Rodamiento de rodillos a
rótula)
(con aro de fijación)
Lado libre:
23156 CC/W33 C3
(sin aro de fijación)
Sellos: Laberinto
Lubricante: Grasa
Condiciones de Operación:
Carga radial (frame) = 600 kN
Velocidad = 250 rpm
Temperatura de funcionamiento 70°C
Temperatura ambiental
30°C
Horas de operación diarias: 24 h
Solución (estructura):
Lado Fijo:
23156 CC/W33 C3
(con aro de fijación)
Lado libre:
C 3156 C3
(Rodamiento CARB)
(con aro de fijación)
64
Tabla 5.2. Rodamiento de rodillos a rótula
Dimensiones
Capacidad
Carga
principales
de carga
límite
Velocidad
Masa Factores de carga
Designación
de fatiga
Dinámica Estática
Nominal Límite
* Rodamiento
d
D
B
mm
C
C0
kN
Pu
kN
e
r/min
kg
Y1
Y2
Y0
-
SKF Explorer
24156 CC/W33
280 460 180 3100
5100
415
800
1100
120
0,4
1,7
2,5
1,6
*
23156 CC/W33
280 460 146 2650
4250
335
1000
1300
94
0,3
2,3
3,4
2,2
*
Tabla 5.3. Rodamientos CARB
Dimensiones
Capacidad
Carga
principales
de carga
límite
Velocidad
Masa Dimensiones Factores
Designación
de carga
de fatiga
Dinámica Estática
Nominal Límite
* Rodamiento
d
mm
D
B
C
C0
kN
280 460 146 2850
4500
Pu
s1
kN
r/min
355
1100
1400
kg
-
93
28,4
s2
K1
K2
SKF Explorer
-
-
0,115 0,097 C 3156 *
65
Cálculo de la fuerza axial a la cual se someten los rodamientos cuando se impide
el desplazamiento originado por el cambio de temperatura generado al colocar la
máquina en operación:
Igualando las ecuaciones (19) y (24) tenemos:
F ⋅ LO
= α ⋅ LO ⋅ ∆T
A⋅ E
Despejando F :
F = α ⋅ ∆T ⋅ A ⋅ E
Siendo:
α = 12 ⋅ 10 −6 ⋅
1
(Coeficiente de dilatación del acero)
°C
E = 200 GPa (Módulo de elasticidad del acero)
D2
A=π ⋅
(Área de la sección transversal del eje)
4
De las tablas sabemos que el diámetro del eje es D = 280 mm
Tf = 70°C (temperatura de funcionamiento)
To = 30 °C (temperatura ambiente)
Sustituyendo,
F = 5911 kN
La fuerza axial que debe soportar cada rodamiento después de que se bloquee el
rodamiento libre es aproximadamente la mitad de la fuerza calculada, es decir, 2956 kN.
66
Cálculo de la capacidad de carga axial que puede soportar el rodamiento de
rodillos a rótula 24156 CC/W33 para tener una vida útil de por lo menos un año:
Suponiendo que hay una parada de planta de 1 mes al año, las horas de funcionamiento
del equipo son 8040 h.
Sustituyendo la ecuación (9) en la ecuación (10)
L10 h
10 6 ⎛ C ⎞
=
⋅⎜ ⎟
60n ⎝ P ⎠
p
(25)
Despejando P,
P=
C
⎛ L10 h ⋅ 60n ⎞
⎜
⎟
6
⎝ 10
⎠
1/ p
Siendo:
n = 250 rpm
C = 2650 kN (aparece en la tabla de producto)
p = 10 / 3 (por ser rodamiento de rodillos)
P = 629 kN
Despejando Fa de la ecuación (6)
Fa =
P − Fr
Y1
Fa = 17 kN
67
Entre los dos rodamientos podrían soportar una carga de 34kN.
La carga axial que los rodamientos tendrían que soportar si el rodamiento libre se
bloqueara sería casi 174 veces el valor de la carga axial que puede soportar el arreglo para que
el rodamiento tenga una vida útil de 8040 h.
También cabe destacar que la carga que tendría que soportar cada rodamiento es
mucho mayor a la carga última a fatiga.
Un arreglo de rodamientos de dos rodillos a rótula falla catastróficamente si el
rodamiento fijo se bloquea.
Ahora vamos a comprobar que el rodamiento CARB, C 3156 C3, puede absorber
internamente el desplazamiento axial debido a la dilatación del eje.
Según las tablas de productos [6]:
s1 = 28.4 mm
k1 = 0.115
k 2 = 0.097
B = 146 mm
La desalineación aproximada en este equipo es de 0.3°
El juego interno de funcionamiento es 0.35 mm (Este es una valor arbitrario que se
tomo entre los valores máximos y mínimos de juego interno para el rodamiento que se está
analizando, ya que ese juego debe medirse con una galga después de ser instalado el
rodamiento).
68
Cálculo de la reducción del desplazamiento axial a causa del desplazamiento de
rodillos:
Sustituyendo valores en la ecuación (13)
s mis = 5.0 mm
Sustituyendo valores en la ecuación (16)
s lim = 23.4 mm
Cálculo de la reducción del desplazamiento axial causada por la reducción del
juego interno:
Sustituyendo valores en la ecuación (16)
s cle =
146 ⋅ 0.35
0.097
s cle = 23.0 mm
El desplazamiento axial máximo permitido de este rodamiento es 23 mm.
Cálculo del desplazamiento axial del eje debido al cambio de temperatura:
Sustituyendo valores en la ecuación (24)
∆L = 1.0 mm
El rodamiento C 3156 C3 puede absorber el desplazamiento axial debido al cambio de
temperatura.
69
Cálculo de la vida del arreglo original:
Tanto el rodamiento libre como el rodamiento fijo están sometidos a la misma carga.
Rodamientos libre y fijo (23156 CC/W33 C3)
P = 600 kN
n = 250 rpm
C = 2650 kN (aparece en la tabla de producto)
p = 10 / 3 (por ser rodamiento de rodillos)
Sustituyendo en la fórmula (25)
L10 h = 9424 h
Cálculo de la vida del arreglo propuesto como solución:
Rodamiento fijo:
P = 600 kN
n = 250 rpm
p = 10 / 3 (por ser rodamiento de rodillos)
C = 2850 kN
Sustituyendo en la fórmula (25)
L10 h = 12010 h
El rodamiento libre es el mismo del arreglo original y está sometido a la misma carga, así que
su vida teórica permanece igual.
70
3. Segmento: Petróleo
Equipo: Motor eléctrico
Problema: Mala selección de rodamientos
El motor eléctrico fue diseñado para funcionar en posición horizontal, los operadores
del motor lo pusieron a funcionar en posición vertical, sin hacer ningún cambio ni en los
rodamientos, ni en el lubricante.
Arreglo original:
Condiciones de operación:
Lado fijo:
6309 C3 (Rodamiento rígido de bolas)
Lado libre:
6310 C3 (Rodamiento rígido de bolas)
Lubricante:
Grasa NGLI 2 con aditivos EP
Pot = 30kW
n = 1768 rpm = 185 rad/s
Temperatura ambiente:
35 °C
Temperatura operación:
45 °C
Peso del motor
4kN
Transmisión por polea
Radio de la polea conductora 100mm
El peso del rotor no fue suministrado por lo cual se va a suponer que el peso del rotor
es la mitad del peso del motor, es decir, Wr = 2.00 kN.
Solución:
Lado Fijo:
7309 BEY
Lado Libre:
6310 C3 (rodamiento de bolas con contacto
angular)
Lubricante:
Grasa NGLI 3 con aditivos EP
71
Cálculo de la fuerza originada por la transmisión de potencia:
y
Polea Conductora
M1
r1
F1
F2
M2
x
r2
w2
Polea Conducida
Figura 5.1. Diagrama del sistema de poleas
P = M ⋅w
M =
(26)
P
w
Sustituyendo valores en la fórmula anterior:
M = 162 N.m
Equilibrio de momentos en el centro de la polea conductora:
F1 ⋅ r1 + M 1 − F2 ⋅ r1 = 0
Despejando F2 − F1 :
F2 − F1 =
M1
r1
72
Desde un punto de vista práctico F1 por lo general se mantiene entre el 50% y el 60%
de F2 .
Asumiendo F1 = 0.5 F2
F2 =
2 ⋅ M1
r1
Sustituyendo valores en la fórmula anterior:
F2 = 3240 N
F1 = 1620 N
Asiendo sumatoria de fuerzas en el eje X:
F2 + F1 = Ft
Sustituyendo valores en la fórmula anterior
Ft = 4860 N
73
Cálculo de las cargas dinámicas de los rodamientos cuando el motor está en su
posición original, es decir, horizontal:
Wr
Figura 5.2 Disposición de las cargas aplicadas en el motor cuando se encuentra en posición horizontal (original)
Wr / 2
Wr /2
Bx
Ay
0.55m
By
0.10m
Figura 5.3 Diagrama de cuerpo libre del eje del motor (posición original)
Ft = 4.86 kN
Wr = 2.00 kN
Ft
74
Equilibrio de momentos respecto a A:
Ft ⋅ 0.65 −
Wr
⋅ 0.55 − B y ⋅ 0.55 = 0
2
Despejando B y se obtiene:
By =
Wr
⋅ 0.55
2
0.55
Ft ⋅ 0.65 −
B y = 4.74 kN
Sumatoria de fuerzas en la dirección vertical:
Wr + B y = Ft + Ay
Despejando Ay se obtiene:
Ay = Wr + B y − Ft
Ay = 1.88 kN
75
Cálculo de las cargas dinámicas de los rodamientos cuando el motor en posición
vertical:
Wr
Ft
Figura 5.4 Disposición de las cargas aplicadas en el motor cuando se encuentra
en posición horizontal (original)
Wr
Ax
0.55m
Bx
0.10m
Ft
By
Figura 5.5 Diagrama de cuerpo libre del eje del motor (posición actual)
76
Equilibrio de momentos en el punto A:
Ft ⋅ 0.65 − B' x ⋅0.55 = 0
Despejando B ' x :
B' x =
0.65 ⋅ Ft
0.55
Sustituyendo valores:
B' x = 5.74 kN
Sumatoria de fuerzas en la dirección horizontal:
A' x + Ft = B' x
Despejando:
A' x = B ' x − Ft
Sustituyendo valores:
A' x = 0.88 kN
Equilibrio de fuerzas en la dirección vertical
B ' y = Wr = 2.00 kN
77
Tabla 5.4. Rodamientos rígidos de bolas
Dimensiones
Capacidad
Carga
principales
de carga
límite
Velocidad
Masa
Designación
de fatiga
Dinámica Estática
Nominal Límite
* Rodamiento
d
D
B
C
mm
C0
Pu
kN
SKF Explorer
kN
r/min
kg
-
50
110
27
65
38
1,6
13000
8500 1,05
6310 *
45
100
25
55,3
31,5
1,34
15000
9500 0,83
6309 *
Tabla 5.5. Rodamientos de bolas con contacto angular
Dimensiones
Capacidad
Carga
principales
de carga
límite
Velocidad
Masa
Designación
de fatiga
Dinámica Estática
Nominal Límite
* Rodamiento
d
D
B
C
mm
C0
kN
45
100
25
SKF Explorer
Pu
kN
60,5
41,5
r/min
1,73
8000
kg
8000
0,86
7309 BEY
Cálculo de la carga combinada que tiene que soportar el rodamiento rígido de
bolas 6309 C3 (rodamiento fijo) si se coloca el motor en posición vertical y no se cambia
el arreglo:
En este caso Fa = B ' y = 2.00 kN y Fr = B' x = 5.74 kN
Para poder calcular la carga dinámica equivalente es necesario conocer los factores de
cálculo. Para ello hay que entrar a la tabla de factores de cálculo para rodamientos rígidos de
78
una hilera de bolas dispuestos individualmente (Anexo 9), con el juego interno del rodamiento
y la relación
f o ⋅ Fa
.
Co
Los valores f o y C o aparecen en las tablas de productos de los rodamientos rígidos de
bolas.
El juego interno del rodamiento, viene dado por el sufijo de la designación, en este
caso es C3, lo que significa que es un juego mayor que el normal.
f o = 13
C o = 38 kN
f o ⋅ Fa
= 0.684
Co
Interpolando la tabla (Anexo 9), obtenemos:
e=
0.36
X =
0.46
Y=
1.52
Fa
= 0.35
Fr
La carga dinámica equivalente para un rodamiento de bolas de contacto angular
cuando
Fa
≤ e es:
Fr
P = Fr
P = 5.74 kN
79
Cálculo de la carga combinada que tiene que soportar el rodamiento de bolas con
contacto angular (rodamiento fijo) 7309 BEY. (Solución):
En este caso Fa = B ' y = 2.00 kN y Fr = B' x = 5.74 kN
Fa
= 0.35
Fr
La carga dinámica equivalente para un rodamiento de bolas de contacto angular
cuando
Fa
≤ 1.14 es:
Fr
P = Fr
P = 5.74 kN
Cálculo de vida nominal:
Arreglo original en posición horizontal (original):
Lado libre: 6310 C3
P = Ay = 1.88 kN
n = 1768 rpm
C = 65 kN (aparece en la tabla de producto)
p = 3 (por ser rodamiento de bolas)
Sustituyendo en la fórmula (25)
L10 h = 398613 h
80
Lado fijo: 6309 C3
P = B y = 4.74 kN
n = 1768 rpm
C = 55.3 kN (aparece en la tabla de producto)
p = 3 (por ser rodamiento de bolas)
Sustituyendo en la fórmula (25)
L10 h = 14969 h
Arreglo original en posición vertical:
Lado libre: 6310 C3
P = A' x = 0.88 kN
n = 1768 rpm
C = 65 kN (aparece en la tabla de producto)
p = 3 (por ser rodamiento de bolas)
Sustituyendo en la fórmula (25)
L10 h = 3798906 h
Como el equipo opera 24 horas al día y 365 días al año, el rodamiento tiene una vida
aproximada de:
Lado fijo: 6309 C3
P = 5.74 kN (valor obtenido del cálculo de carga dinámica combinada)
81
n = 1768 rpm
C = 55.3 kN (aparece en la tabla de producto)
p = 3 (por ser rodamiento de bolas)
Sustituyendo en la fórmula (25)
L10 h = 8430 h
Como el equipo opera 24 horas al día y 365 días al año, el rodamiento tiene una vida
aproximada de:
Arreglo propuesto para posición vertical:
Lado Fijo: 7309 BEY
P = 5.74 kN (valor obtenido del cálculo de carga dinámica combinada)
n = 1768 rpm
C = 60.5 kN (aparece en la tabla de producto)
p = 3 (por ser rodamiento de bolas)
Sustituyendo en la fórmula (25)
L10 h = 11038 h
Lado libre: 6310 C3
82
P = A' x = 0.88 kN
n = 1768 rpm
C = 65 kN (aparece en la tabla de producto)
p = 3 (por ser rodamiento de bolas)
Sustituyendo en la fórmula (25)
L10 h = 3798906 h
83
4. Segmento: Siderurgia
Equipo: Laminador en frío de temple
Problema: Altas temperaturas de funcionamiento por mala selección del lubricante
Rodamiento:
BT4B 328817 E1/C475 (Rodamiento de rodillos cónicos de
cuatro hileras)
Lubricante actual:
Grasa hidrófuga
Condiciones de Operación:
Velocidad de la banda = 1600m/min
Velocidad tope del laminador = 1800 m/min
Temperatura de funcionamiento actual = 95°C
Temperatura de funcionamiento normal = 70°C
Horas de operación continua de la caja: hasta 8 horas
Carga radial = 500kN
Otros datos de la aplicación: Diámetro del cilindro de trabajo = 585 mm
Período de mantenimiento de las cajas = 9 meses
Tabla 5.6 Rodamiento de rodillos cónicos de cuatro hileras
Dimensiones
Capacidad
principales
de carga
Velocidad
Masa
Juego
Designación
axial
Dinámica Estática Nominal
Límite
* Rodamiento
d
D
mm
B
C
SKF Explorer
C0
kN
r/min
kg
mm
110
0,425-0,525
BT4B 328817
343,052 457,098
254,000 3350
6400
850
1300
E1/C475 *
84
Cálculo del factor de Velocidad ( n ⋅ dm ):
n es la velocidad del rodamiento, en rpm.
dm es el diámetro medio del rodamiento, en mm.
V = w⋅r
w=
V
r
w = 5470 rad/min
5470
rad ⎛ 1rev ⎞
⋅⎜
⎟ = 871 rpm
min ⎝ 2πrad ⎠
n = 871 rpm
dm =
d+D
2
dm = 400.075 mm
n ⋅ dm = 348465 mm/min
SKF utiliza una factor de corrección de 0.6 para hacer un ajuste por deslizamiento de
los rodillos y pestaña guía del aro interior. Esta información se sacó de la tabla 2.3.
n ⋅ dm corregido = 580776 m/min
85
Siguiendo los pasos para la selección de lubricante explicados en la sección 2.3, se
obtiene:
a) El grado de consistencia debe ser NGLI 2
b) No requiere aditivos de extrema presión (EP), pero si aditivos anti-desgaste (AW).
(C/P = 6.7)
c) Requiere de aditivos anti-corrosión y resistencia al agua (El equipo se encuentra en un
ambiente muy húmedo)
d) Selección de la viscosidad del aceite
Se entra al gráfico de la figura 2.3 con dm = 400.075 y n = 871 rpm, se obtiene el valor de
viscosidad requerida a la temperatura de funcionamiento, ν 1 = 8 mm/s2 .
Con el valor ν 1 obtenido y la temperatura de funcionamiento esperada en esta aplicación
(80°C), se entra al gráfico de la figura 2.4 y se obtiene un grado de viscosidad ISO VG 32,
ν = 32 mm/s2.
El valor de κ cuando la temperatura es de 80°C es de 4.
El lubricante SKF que mejor cumple con los requerimientos de esta aplicación es el LGLP
2, que es un lubricante de alto desempeño, en la tabla 2.2 podemos observar que éste posee un
valor de ndm máximo de 700 mm/min, el cual excede el valor ndm mínimo calculado para
este equipo.
86
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
•
Se encontró solución a las fallas prematuras más frecuentes de los equipos críticos de los
principales segmentos industriales del país y fueron reportadas en un Catálogo de
Aplicaciones Industriales. Estas soluciones planteadas comprenden sólo productos SKF.
•
El Catálogo de Aplicaciones debe actualizarse al menos una vez al año, agregando los
nuevos productos desarrollados por SKF y las nuevas soluciones encontradas por los
ingenieros de la empresa.
•
En el segmento alimenticio se deben desarrollar otros equipos como hornos y
refrigeradores. En el segmento minero también deberían desarrollarse los hornos. En los
servicios de equipos generales deberían desarrollarse las turbinas. En el segmento de pulpa
y papel debe desarrollarse la enrolladora y la embobinadora.
87
Referencias Bibliográficas
[1] AVALLONE, Eugene. Manual del Ingeniero Mecánico. Volumen I. Novena Edición. Mexico: Mc Graw Hill,
1997.
[2] HIBBELER, R.C. Mecánica de Materiales. Traducido por José de la Cera A. Tercera Edición. México:
Prentice Hall, 1997.
[3] MARTÍNEZ, Aquiles. Criterios Fundamentales para Resolver Problemas de Resistencia de Materiales.
Volumen II. Venezuela: Equinoccio, 2001.
[4] SKF. Averías de Rodamientos y Sus Causas. Suecia. 1994.
[5] SKF. Bearings in Centrifugal Pumps. Tercera Edición. USA. 1995.
[6] SKF. Bearings in Rolling Mills. Suecia. 1971.
[7] SKF. Catálogo General. Italia: Stamperia Artística Nazionale, 1999.
[8] SKF. CR Seal Handbook. 2002.
[9] SKF. Disposiciones de Rodamientos. Suecia. 1995.
[10] SKF. General Catalogue. Alemania: Media-Print, 2003.
[11] SKF. Maintenance and Lubrication Products. 2004.
[12] SKF. Manual SKF de Mantenimiento de Rodamientos. Suecia, 1992.
[13] SKF. Página oficial www.skf.com (07-12/05)
[14] SKF. Página intranet www.spider.net (07-12/05)
[15] SKF. Página oficial de Productos de Mantenimiento www.mapro.skf.com (07-12/05)
88
ANEXOS
89
SKF
DIA
MES
AÑO
Solicitud de Información Técnica
Cliente
EMPRESA:
_____________________________
TELÉFONOS: _____________________________
CONTACTO: _____________________________
E-MAIL: _________________________________
DIRECCIÓN: __________________________________________________________________________
Especificaciones Generales
Equipo: _________________________________
Marca: _________________________________
Modelo: _________________________________
Año: ___________________________________
Tipo de accionamiento: ____________________
Orientación del eje: Horizontal: ___ Vertical: ___
Horas de operación diaria: ___ Diámetro Eje: ___
Existen reportes de horas de parada: Si ___ No ___
Existen registros de mantenimiento: Si ___ No ___
Grado de criticidad equipo: Bajo:__ Medio: __ Alto:__
Existen planos del equipo: Si___ No __
Existen manuales de equipo: Si ___ No ___
Mantenimiento: Predictivo: ___ Proactivo: ___
Parámetros Operacionales
Temp. ambiente: ___ Temp. Operación: ____
Grado de contaminación: Bajo:__ Medio: __ Alto:__
Velocidad de giro: ____________________________
Horas de servicio promedio actual entre falla: ______
Especificaciones de rodamientos
Designación
Marca
Especificaciones de sellado
Tipo: _____________________________________
Marca: ____________________________________
Designación: ________________________________
Especificaciones del Lubricante
Tipo: _____________________________________
Marca: ____________________________________
Designación: _________________________________
Método de relubricación: Manual: ___Automático:___
Fallas frecuentes
Observaciones Adicionales
ANEXO 1. Formato de Solicitud de Información Técnica.
90
91
ANEXO 2: Valores del factor de ajuste de la vida útil a1
Fiabilidad Probabilidad
%
de fallo
n
%
90
95
96
97
98
99
10
5
4
3
2
1
Vida
nominal
Lnm
L10m
L5m
L4m
L3m
L2m
L1m
Factor
a1
1
0,62
0,53
0,44
0,33
0,21
ANEXO 3: Factores de conversión de unidades para la vida del rodamiento
Una oscilación completa = 4y
es decir, desde el punto 0 hasta el punto 4
Unidades básicas
Factor de conversión
Millones de
revoluciones
Horas
de funcionamiento
Millones de kilómetros
recorridos
Millones de
ciclos de oscilación
1 millón de revoluciones
1
106/(60 n)
3,14 D/103
180/(2 γ)
1 hora de funcionamiento
60 n/106
1
60 n 3,14 D/109
180x60 n/(2 γ 106)
1 millón kilómetros
103/(3,14 D)
109/(60 n 3,14 D)
1
180x103/(2 γ 3,14 D)
1 millón de ciclos de oscilación
2 γ /180
2 γ 106/(180x60 n)
2 γ 3,14 D/(180x103)
1
D = diámetro de la rueda del vehículo, m
n = velocidad de giro, rpm
γ = amplitud de la oscilación (ángulo de la desviación máxima de la posición central), grados
92
Otros rodamientos SKF estándar
Rodamientos SKF Explorer
Si κ > 4, tomar la curva para κ = 4
Cuando el valor de ηc(Pu/P) tiende a cero, aSKF tiende a 0,1 para todos los valores de κ
La línea de puntos marca la posición de la antigua escala a23(κ) donde aSKF= a23
ANEXO 4: Factor aSKF para los rodamientos radiales de bolas
93
Diagrama 2: Factor aSKF para los rodamientos radiales de rodillos
Otros rodamientos SKF estándar
Rodamientos SKF Explorer
Si κ > 4, tomar la curva κ = 4
Cuando el valor de ηc(Pu/P) tiende a cero, aSKF tiende a 0,1 para todos los valores de κ
La línea de puntos marca la posición de la antigua escala a23(κ) donde aSKF= a23
ANEXO 5: Factor aSKF para los rodamientos radiales de rodillos
94
Si κ > 4, tomar la curva para κ = 4
Cuando el valor de ηc(Pu/P) tiende a cero, aSKF tiende a 0,1 para todos los valores de κ
La línea de puntos marca la posición de la antigua escala a23(κ) donde aSKF= a23
ANEXO 6: Factor aSKF para los rodamientos axiales de bolas
95
Otros rodamientos SKF estándar
Rodamientos SKF Explorer
Si κ > 4, tomar la curva para κ = 4
Cuando el valor de ηc(Pu/P) tiende a cero, aSKF tiende a 0,1 para todos los valores de κ
La línea de puntos marca la posición de la antigua escala a23(κ) donde aSKF= a23
ANEXO 7: Factor aSKF para los rodamientos axiales de rodillos
96
ANEXO 8. Tabla de Selección de Rodamientos
ANEXO 9: Factores de cálculo para rodamientos rígidos de una hilera de bolas dispuestos
individualmente
f0 Fa/ C0
Juego Normal
e
X
Y
Juego C3
e
X
Y
Juego C4
e
X
Y
0,172
0,345
0,689
0,19
0,22
0,26
0,56
0,56
0,56
2,30
1,99
1,71
0,29
0,32
0,36
0,46
0,46
0,46
1,88
1,71
1,52
0,38
0,40
0,43
0,44
0,44
0,44
1,47
1,40
1,30
1,03
1,38
2,07
0,28
0,30
0,34
0,56
0,56
0,56
1,55
1,45
1,31
0,38
0,40
0,44
0,46
0,46
0,46
1,41
1,34
1,23
0,46
0,47
0,50
0,44
0,44
0,44
1,23
1,19
1,12
3,45
5,17
6,89
0,38
0,42
0,44
0,56
0,56
0,56
1,15
1,04
1,00
0,49
0,54
0,54
0,46
0,46
0,46
1,10
1,01
1,00
0,55
0,56
0,56
0,44
0,44
0,44
1,02
1,00
1,00
Los valores intermedios se obtienen por interpolación lineal
97
ANEXO 10: VALORES ORIENTATIVOS DEL FACTOR DE AJUSTE ηc PARA
DIFERENTES GRADOS DE CONTAMINACIÓN
Condición
Factor ηc 1)
para rodamientos con un diámetro
dm < 100 mm
dm ≥ 100 mm
Limpieza extrema
Tamaño de las partículas del orden del espesor de la película de lubricante
Condiciones de laboratorio
1
1
Gran limpieza
Aceite filtrado a través de un filtro extremadamente fino
Condiciones típicas de los rodamientos engrasados de por vida y obturados
0,8 ... 0,6
0,9 ... 0,8
Limpieza normal
Aceite filtrado a través de un filtro fino
Condiciones típicas de los rodamientos engrasados de por vida y con
placas de protección
0,6 ... 0,5
0,8 ... 0,6
Contaminación ligera
Contaminación ligera del lubricante
0,5 ... 0,3
0,6 ... 0,4
Contaminación típica
Condiciones típicas de los rodamientos sin obturaciones integrales,
filtrado grueso, partículas de desgaste y entrada de partículas del exterior
0,3 ... 0,1
0,4 ... 0,2
Contaminación alta
Entorno del rodamiento muy contaminado y
disposición de rodamientos con obturación inadecuada
0,1 ... 0
0,1 ... 0
Contaminación muy alta
(bajo valores de contaminación extremos, ηc puede estar fuera de la escala produciendo una
reducción mayor de la vida útil de lo establecido por la ecuación Lnm)
0
0
1)
La escala para ηc se refiere sólo a contaminantes sólidos típicos. La disminución de la vida del rodamiento por contaminación por agua
u otros fluidos no está incluida. En caso de contaminación muy alta (ηc = 0 ), el fallo estará causado por el desgaste, y la vida útil del
rodamiento puede ser menor que la vida nominal.
Descargar