Aplicación de Lubricantes para Engranajes Abiertos

Aplicación de Lubricantes para Engranajes Abiertos

Durante la selección de lubricante para engranajes abiertos el método de aplicación debe considerar las condiciones de operación. Los métodos típicos de aplicación usados en engranajes abiertos son:

• Sistemas de Spray/Atomización
• Alimentación por Gravedad o Goteo
• Baño de Aceite (sistemas por salpicadura e inmersión)
• Aplicación por cepillo

Generalmente, si el lubricante para engranajes abiertos va a ser aplicado por un sistema de goteo, lubricadora a presión o sistema de spray, se requiere que el lubricante para engranaje abierto sea lo suficientemente fluido para fluir a través del equipo de lubricación. Para aplicación con brocha, el lubricante debe ser lo suficientemente fluido para ser aplicado de manera uniforme en el diente del engranaje. En cualquier caso, durante la operación, el lubricante de engranaje abierto debe ser lo suficientemente viscoso y adherente para resistir la presión entre los dientes del engranaje. Cuando engranajes abiertos son lubricados por sistemas de goteo o sistemas de salpicado y sistemas de inmersión, el lubricante para engranaje abierto no debe ser tan pesado de manera de que no se canalice cuando el diente de engranaje es sumergido. Finalmente, cuando engranajes abiertos son lubricados, la consistencia o grado y la facilidad de bombeo deben permitir una fácil aplicación bajo las condiciones ambientales existentes.

Sistemas de Atomizadores/Spray
Uno de los sistemas mas comunes de atomización/spray usado en la lubricación de engranajes abiertos es el sistema mecánico de spray intermitente. Su uso depende de cuanto lubricante está presente en el diente del engranaje al cabo de varias revoluciones. Los sistemas de spray intermitentes usan válvulas dosificadoras que dirigen el lubricante hacia una boquilla de aire/grasa que rocía el lubricante en el engranaje por medio de aire a presión. Los componentes básicos de este tipo de sistema son una bomba, controlador, válvula dosificadora, distribuidores de spray, boquillas de spray.

La operación de este tipo de sistema es muy sencilla. La señal del controlador enciende la bomba para proveer el lubricante a una válvula dosificadora de desplazamiento positivo. La válvula dosificadora puede ser progresiva, doble-linea o de inyección. El lubricante dosificado es enviado a un cabezal de sprays, donde el lubricante es dirigido hacia un boquilla. Una segunda vía de aire presurizado (80-120psi) es dirigida hacia la misma boquilla. Este aire a presión permite desplazar el lubricante a través de la boquilla hacia el engranaje abierto. Después de que una cantidad determinada de lubricante es aplicada, el sistema de aire y la bomba se desactivan hasta el próximo ciclo de lubricación. Usualmente se mantiene encendido el aire para asegurar que no quede lubricante de engranaje en la boquilla, con el propósito de prevenir que lubricante obstruya la boquilla al secarse.

El tiempo de aplicación de spray debe corresponder al tiempo que toma una o dos revoluciones para asegurar una cobertura completa. Inspecciones periódicas deben ser llevadas a cabo para asegurar que una cantidad suficiente de lubricante de engranaje esta siendo aplicada y así proporcionar protección adecuada. Dos horas es el periodo máximo permitido entre cada aplicación de acuerdo a la guía de AGMA 9005-D94.

La cantidad de lubricante usado depende del uso y aplicación que se le da al engranaje (molinos, hornos, dragalina, etc.) y la velocidad de la linea de acción del engranaje, la potencia del motor que impulsa el engranaje (para molinos y hornos), el tipo de engranaje, y el tipo de aceite para engranaje a ser aplicado. En varias aplicaciones, el proveedor del lubricante puede recomendar la cantidad inicial para ser usada. La proporción de aplicación es expresada en gramos por centímetro de cara por hora. En lugar de la recomendación inicial entregada por el proveedor de lubricante, AGMA tiene una guía para la cantidad de lubricante en el estándar AGMA 9005-D94, el cual puede ser usado para periodos de aplicación intermitentes.

Tabla 1. Pauta de Aplicación de Lubricante para Métodos de Aplicación Intermitente (ref.1.)

1. El tiempo de aplicación de spray ser igual al tiempo que toma una revolución y de preferencia dos revoluciones del engranaje para asegurar completa cobertura. Inspecciones periódicas deben ser llevadas a cabo para asegurar que una cantidad suficiente de lubricante de engranaje esta siendo aplicada y así proporcionar protección adecuada.
2. Dos horas es el periodo máximo permitido entre cada aplicación de lubricante. La aplicación frecuente de cantidades mas pequeñas es recomendado. Sin embargo, cuando aditivos son usados para diluir el lubricante antes de ser rociado, los intervalos deben ser cortos para prevenir que los diluyentes se evaporen.

Para asegurar que una cantidad de lubricante para engranajes abiertos esta siendo aplicada y que se lleva a cabo una operación segura, es importante mantener un patrón de spray perfecto. De esta manera el lubricante de engranajes es distribuido de manera uniforme a lo largo y ancho del diente en la cara que recibe la carga. El numero de boquillas de spray usado para cada aplicación es determinada por el ancho del engranaje. Típicamente, cuatro a seis boquillas de spray son requeridas; estas deben estar separadas apropiadamente para proveer una cobertura adecuada en toda la cara del diente del engranaje.

Como pauta, para engranajes abiertos de baja velocidad que operan hasta una velocidad de 2000 pies por segundo (10 metros por segundo), las boquillas de en los extremos deben ser ubicadas a 2-2.5 pulgadas de la cara del engranaje mientras que el resto deben estar ubicadas a 5 o 7 pulgadas del centro. Las boquillas deben ser ubicadas en función del patrón de spray. Las boquillas de spray son generalmente ubicadas para dirigir el lubricante para engranajes en el perfil de carga del diente de engranaje (no el piñón) a una distancia de 6 a 8 pulgadas (150 a 200 milímetros) del diente del engranaje. 2 El patrón correcto de aplicación en el lado del diente y una ilustración de la ubicación correcto de las boquillas de spray se muestra en Figuras 1 y 2.

Figura 1. Patrones de lubricación correcta de los dientes de engranaje. 

Figura 2. Ubicación de boquillas de spray. Ejemplo de una barra rociadora con boquillas con 150mm de separación. 

Figura 3. Spray Inadecuado en el Diente. Patrones de spray inadecuado llevan normalmente a raspaduras en las áreas destacadas. Boquillas de spray adicionales con separación correcta y mayor presión de aire son requeridas para mejorar la cubierta lubricante.

La presión de aire en la barra de spray debe ser ajustada adecuadamente, de otra manera, el lubricante de engranaje no sera atomizado de manera correcta. Una presión de aire muy baja resulta en una aplicación poco eficiente ya que el lubricante es aplicado como un chorro (como se muestra en la Figura 3), mientras que una presión de aire muy alta removerá el lubricante del engranaje. Para la mayoría de los lubricantes de engranaje abierto, la presión de aire no debe ser menor a 75 psi (35kpa o 5bar) y no mayor que 90 psi (42kpa o 6bar).

Incluso si las boquillas de spray son monitoreadas usando mecanismos de control de flujo, revisión periódica de la forma del spray es recomendada para mantener una cobertura uniforme y adecuada de al superficie del engranaje. Existen distintos diseños de barras de spray, y muchos de los sistemas antiguos no permiten un fácil acceso para la revisión de la forma del spray durante la operación. Si la barra de spray no se puede mover hacia el exterior junto con la puerta, la manera mas segura de revisar la forma del spray es cuando la maquina esta apagada. Un procedimiento recomendado para la revisión del spray es la siguiente:

• Asegurar que los procedimientos de aislación de equipos se han llevado a cabo, abrir la puerta de la inspección y cubra el engranaje con una lamina de cartón o papel, en el área donde la boquilla de spray aplica el lubricante.
• Encienda el sistema de lubricación y revise la cobertura de lubricante en la superficie del cartón o papel. La cobertura del lubricante debe superponerse de una boquilla a otra, y no debe existir ningún espacio sin cobertura dentro del área que cubrirá el diente del engranaje.
• Si es que espacios sin cobertura son descubiertos, la presión de aire, el ángulo de spray y la tapa del spray deben ser ajustados para obtener la cobertura apropiada.
• Una vez que se han hecho los ajustes, repita el proceso hasta que una forma de spray perfecta(como se muestra en la Figura 1) ha sido alcanzada.
• Si se requiere el cambio de la barra de spray, el diseño de la barra de spray debe ser alterado de manera que el spray pueda ser revisado durante la operación del equipo(como se muestra en Figura 4).

Figura 4. Diseño Recomendado de Barra de Spray que Permite una Revisión Fácil del Spray. 

Figura 5. Barras de Sprays Pueden Ubicarse en Cuatro Direcciones de Rotación Distintas

La barra de spray debe ser ajustada en un ángulo de 30 grados para la aplicación del lubricante de engranaje en lado del piñón o engranaje que recibe la carga. Al ajustar el ángulo del spray a 30? ( como se muestra en la Figura 5.) se alcanzara una muy buena distribución del lubricante hacia arriba o hacia abajo, siempre en el lado del diente que soporta la carga. La distancia entre la boquilla de spray y el engranaje es aproximadamente 8 pulgadas mas o menos 2 pulgadas (200 mm mas o menos 50mm), dependiendo de la presión del aire y el tamaño del diente. El ancho del diente del engranaje determina el numero de boquillas requeridas para lubricar el engranaje de manera adecuada.

Ademas para asegurar que la cantidad correcta de lubricante esta siendo aplicada una vez que las boquillas de spray han sido ajustados, se recomienda pesar la cantidad de lubricante aplicado por los inyectores. Al cabo de un tiempo, boquillas de inyección de spray no entregan la cantidad apropiada de lubricante por ciclo como fueron diseñadas originalmente. La aplicación excesiva de lubricante puede causar desperdicio, mientras que una baja aplicación puede causar mayor desgaste y la eventual falla de componentes. La cantidad de lubricante que debe ser expulsado por cada inyector puede ser proporcionada por el fabricante del sistema de lubricación automático. Por ejemplo, un inyector Lincoln SL-1 típicamente eyecta 0.046 onzas (1.31 gramos) por ciclo de lubricante.

El temporizador del sistema de lubricación automático debe ser ajustado eventualmente a la frecuencia mas corta dependiendo del tipo de lubricante usado. Para fluidos asfálticos y sintéticos de alta viscosidad, el intervalo promedio es de 10 a 20 minutos, mientras que grasas semi-fluidas y lubricantes del tipo polímero/gel deben ser aplicadas cada 15 a 30 minutos.

Una luz estroboscópica puede ser usada para revisar la apariencia de los engranajes durante la operación. La luz estroboscópica debe ser ajustada de acuerdo a la velocidad giro del engranaje. Un engranaje bien lubricado tendrá desde color oscuro a una apariencia semi-transparente dependiendo del tipo lubricante usado, y mientras el piñón y engranaje se separa se debe observar cierta cantidad de lubricante en el medio. Un engranaje con lubricación excesiva se mostrará de color negro con lubricante chorreando, o acumulado en las zonas bajas del engranaje.

Adicionalmente se puede usar un termómetro sin contacto para medir la temperatura de la superficie del engranaje para revisar si esta siendo lubricado de manera adecuada. Una temperatura uniforme a través del diente del engranaje indica que el engranaje esta siendo lubricado de manera apropiada.

Además de ser usadas para revisar lubricación aplicada, iluminación estroboscópica y medición de temperatura puede ser usada para revisar desalineación. Cualquier desalineación resulta en menor contacto entre el par de engranajes, lo que resulta en un mayor desgaste. Aproximadamente 30 grados Fahrenheit de diferencia a lo largo del diente de engranaje y áreas oscuras y claras a lo largo de la capa de lubricante pueden indicar desalineación.

Sistemas Alimentados por Gravedad o Goteo
Sistemas alimentados por gravedad o goteo se encuentran en molinos, hornos, palas, dragaminas y excavadoras. Estos sistemas consisten en uno o mas engrasadores, baños de aceite, lineas de alimentación presurizadas o ruedas aplicadoras. Estos permiten que el lubricante escurra en el engranaje en un ciclo determinado. Este método de aplicación esta limitado solo a engranajes abiertos con una velocidad de la linea de acción de 1500 pies por minuto (7.5 metros por segundo) o menos.

Para este tipo de sistemas, se usa generalmente un lubricante de engranaje abierto de tipo sintético, asfáltico, de alta viscosidad. Si es que líneas de alimentación presurizadas o ruedas aplicadoras son usadas en estos sistemas, una grasa semi fluida y lubricantes del tipo polímero/gel para engranaje abierto pueden ser usados.

Sistema de Baño de Aceite(Salpique e Inmersión)
Sistemas de baño de aceite son el método mas simple de lubricación de engranajes abiertos. Al engrane o engranaje loco se le permite sumergirse en el lubricante de engranaje abierto, de esta manera se aplica el lubricante alrededor del engrane. Los sistemas de inmersión de engranaje generalmente están limitados a sistemas de engranaje abierto con velocidades de linea de acción menores a 300 pies por minuto (1.5 metros por segundo). Algunos sistemas además poseen bombas recirculadoras y sistemas de filtración. Sistemas de inmersión y salpique pueden ser encontrados en aplicaciones como molinos y hornos.

Como recomendación general, lubricante de engranaje abierto de tipo sintético, asfáltico, de alta viscosidad como también grasa semi-fluida de polímero/gel, pueden ser usados en estos sistemas. Si una grasa semi-fluida de polímero/gel es usada, el lubricante de engranaje abierto debe tener un consistencia semi-fluida a fluida. Si el lubricante de engranaje abierto es asfáltico o de alta viscosidad con base sintética, la viscosidad del fluido debe ser de un mínimo de 1,000 centistokes (cSt) a 40 grados Celsius.

Aplicación Manual, Cepillo o Derrame
Estos métodos son unos de los mas antiguos y mas peligrosos para la aplicación de lubricante de engranaje abierto. Han sido usado para lubricar engranajes abiertos en molinos, hornos, palas, dragaminas y excavadoras. Generalmente, lubricante sintético de alta viscosidad de tipo asfáltico es usado en este método de aplicación.

Estos métodos puede resultar no solo en la aplicación de una cantidad incorrecta de lubricante, pero también en la introducción de contaminantes en el engranaje. Llevar a cabo este método de aplicación mientras los engranajes están operando puede causar condiciones de riesgo que pueden resultar en lesiones o incluso muerte de la persona que aplica el lubricante.

Espesor de Película Lubricante y Criterio de Selección
El régimen primario de lubricación requerido para engranajes abiertos es lubricación elastohidrodinámica (EHD). De acuerdo a la teoría de EHD, el factor critico en la lubricación de engranajes abiertos es el espesor de la película lubricante. El espesor de la película lubricante depende de la viscosidad dinámica del lubricante de engranaje abierto en cierta temperatura de operación, la velocidad promedio de la superficie del engranaje, temperatura, cargas y geometría del engranaje, etc. Se ha establecido que la condición de lubricación existente en la mayoría de los engranajes es predominantemente elastohidrodinámica. Los dientes de engranajes están sujetos a una presión de contacto enorme (posiblemente hasta 435,000psi) en áreas relativamente pequeñas, aun así son lubricadas de manera exitosa por una delgada película de lubricante. Hay dos razones para esto:

• La alta presión causa que la superficie se deforme de manera elástica y que la carga se distribuya sobre un mayor área.
• La viscosidad del lubricante se incrementa considerablemente con la presión, de esta manera se incrementa la capacidad de carga del lubricante.

Una vez que el espesor de la película ha sido determinado, otro importante parámetro que debe ser calculado es la proporción Lamba. El valor de esta proporción es definido por la relación entre el espesor de la película lubricante EHD y la aspereza compuesta de la superficies de metal en contacto. La proporción Lambda al acercarse a 1 (el espesor de la película tiene la misma magnitud que aspereza de la superficie), se puede esperar que habrá un incremento en el contacto entre ambos engranajes.

Cabe señalar que este calculo esta basado solo en la viscosidad base del aceite de engranaje. No toma en cuenta cualquier contribución al espesor de la película que pueda ser hecho por un sistema espesador para lubricante de engranaje o sus lubricantes sólidos. Adicionalmente, algunos tipos de lubricante para engranaje abierto – como grasa semi-fluida de polímero/gel – pueden contener fluidos con base de liviana viscosidad. Estos fluidos de liviana viscosidad son usados para reducir la viscosidad mas pesada presente en otros fluidos de la formula lubricante, de esta manera se puede mejorar el bombeo del producto durante condiciones de baja temperatura ambiental. Estos fluidos con base de liviana viscosidad son volátiles y se disipan durante condiciones de operación. Por ende, la viscosidad base en estos lubricantes de engranaje abiertos se incrementa, lo que genera una película lubricante que se adhiere al engrane.

Figura 6. Engranaje Abierto Lubricado Adecuadamente 

 Figura 7. Engranaje Abierto con Lubricación Excesiva

Además de tomar en consideración el espesor del lubricante proporcionado por el lubricante de engranaje seleccionado, otros factores que se deben considerar al recomendar el tipo, grado y cantidad a ser aplicada son:

1. Los requerimientos OEM.
2. El tipo de aplicación de engranaje abierto – molino, horno, palas, dragaminas, etc.
3. La temperatura ambiente encontrada en el área donde opera la maquina.
4. Las condiciones climáticas en las cuales la maquina opera – hielo, nieve, humedad, polvo.
5. Como es aplicado el lubricante.
6. Si es aplicado por un spray o un sistema de lubricación automático, el tipo de sistema de lubricación instalado – Farval, Lincoln, Worner, Droppsa, etc.
7. El tipo y proporción de la bomba utilizada en el sistema de lubricación automático.
8. El ancho del piñón de engranaje.
9. Si es que el engrane es de piñón doble o individual.
10. La potencia del motor eléctrico.
11. La posición y numero de boquillas de spray.

Una vez que todas estas condiciones se conocen, el lubricante de engranaje abierto apropiado para la aplicación puede ser seleccionado basado en los distintos factores, métodos de aplicación y características discutidas en este articulo.

Finalmente al cambiar lubricantes de engranaje abierto o aplicar lubricante de engranaje abierto en equipos nuevos donde nunca se usado lubricante, se deben seguir los siguientes procedimientos:

Procedimientos a seguir en equipos nuevos:

• Remover todos los revestimientos y desechos del engranaje.
• Cubra el engranaje y piñón con una delgada película de lubricante de engranaje abierto usando algún método de pulverizado.

Procedimiento de Puesta en Marcha

• Haga funcionar el equipo lentamente sin carga para verificar que hay lubricante en toda la zona que recibe la carga.
• Incremente gradualmente la velocidad y carga mientras enciende el sistema de lubricación automática.
• Monitoree de manera continua hasta que un recubrimiento apropiado es mantenido en la superficie del engranaje.

Para sistemas de spray:

• Antes de la puesta en marcha, purgue las líneas de lubricación y revise que la forma de los sprays para cobertura completa.
• Ajustar la presión y volumen de aire según sea necesario.

Para sistemas por goteo:

• La mayoría de los lubricantes de engranaje abierto están diseñados para adherirse donde son aplicados. Tubos de goteo no deben tener una separación mayor a 2 pulgadas.

Procedimiento a seguir al cambiar tipos de lubricante de engranaje abierto:

• Aunque es mejor limpiar el engranaje, piñón y coberturas completamente, la conversión de un tipo de lubricante de engranaje abierto a otro, en la mayor parte de las aplicaciones, se puede llevar a cabo mediante la aplicación de lubricante de engranaje directamente.

Procedimiento:

• Purgue las líneas de lubricación completamente.
• Inicie la aplicación a una velocidad un 50% mas alta que la velocidad de operación para asegurar que las líneas sean purgadas y enjuagadas y hayan sido recubiertas de manera suficiente por la película de lubricante antes de reducir el consumo a las condiciones de operación normal.
• Reajuste el temporizador para mantener una película de lubricante adecuada. La cantidad de lubricante no debe ser reducida de manera abrupta, pero en intervalos de 5 minutos y 150 a 200 horas para molinos y 100 a 150 horas para palas, dragaminas y excavadoras.
• El rendimiento del producto debe ser monitoreado.

• Al reducir la cantidad consumida en la unidad de control del sistema de spray, se debe ajustar para asegurar que los intervalos entre ciclos de spray sean lo mas corto posibles. Ciclos cortos y frecuentes aseguran que el lubricante es suministrado al componente de manera uniforme; esto incrementa la seguridad del funcionamiento.
• Ajuste la presión y volumen de aire según sea necesario.
• Inspección de los sistemas de lubricación, condiciones del flanco del diente y la forma del spray son requeridos para una operación segura. El sistema de spray debe ser mantenido completamente de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

Referencias

ANSI/AGMA 9005-D-94 - "Industrial Gear Lubrication, Tabla 10", pagina 10 Ibid, pagina 11

Autor
Lawrence G. Ludwig Jr., Schaeffer Manufacturing, "Applying Open Gear Lubricants". Machinery Lubrication Magazine. January 2009

FUENTE:

http://www.hmcgears.com/es/tech-memo-lubricants.php