Oye, ¿no se supone que las máquinas se desgastan?

La vieja expresión es que la muerte y los impuestos son las únicas certezas en la vida. Algunos sugieren que lo mismo se aplica a la maquinaria. Sabemos que si una máquina genera una ganancia, se aplican impuestos a esa ganancia. ¿Pero qué hay de la muerte? ¿La mortalidad de las máquinas también es inevitable?

Miremos más de cerca. Según el profesor emérito del Instituto de Tecnología de Massachusetts Ernest Rabinowicz, tres cosas hacen que las máquinas pierdan su utilidad:obsolescencia, accidentes y degradación de la superficie.

Sin lugar a dudas, la obsolescencia es fundamental para la evolución de la ingeniería y la tecnología. Lo viejo debe dar paso a lo nuevo. Sin embargo, algunos inventos tienen ciclos de vida prolongados, como el engrasador, por ejemplo. Su diseño ha cambiado poco desde que Oscar Zerk lo inventó a principios de la década de 1920, pero todavía se usa ampliamente. El automóvil, por otro lado, es dinámico y está en constante cambio. Si bien los autos clásicos viven para siempre, la mayoría de los autos enfrentan una obsolescencia práctica mucho antes de que sean funcionalmente inoperables.

Los accidentes y otras formas de eventos de la agencia humana también pueden poner una máquina en peligro inminente. Dos máquinas idénticas que trabajan en entornos de trabajo idénticos pero operadas por dos personas diferentes pueden exhibir una confiabilidad y una vida útil diferentes. Las diferencias son típicamente inducidas por el operador (humano). Las fallas de la agencia humana también se aplican a errores en el diseño y la fabricación de máquinas.

La tercera razón de Rabinowicz por la que las máquinas pierden utilidad tiene que ver con el mundo de la tribología (el estudio del desgaste, la fricción y la lubricación). Él describe esto como degradación de la superficie, que se puede dividir en degradación química (corrosión) y daño mecánico. La protección de las superficies internas de una máquina contra daños químicos (20 por ciento) se ve afectada en gran medida por condiciones controlables. Considere las siguientes causas de daño químico y el potencial para su control o intervención mediante prácticas de mantenimiento:

• Lubricantes con inhibidores de corrosión de película barrera ineficaces o desgastados
• Lubricantes propensos a la oxidación rápida (producción de ácido)
• Lubricantes de cárter con reserva de alcalinidad deteriorada (neutralización de ácidos)
• Intervalos de cambio de aceite demasiado prolongados
• Contaminación de aceite por agua y / o ácidos del ambiente de trabajo
• Crecimiento incontrolado de contaminación biológica
• Espacio de cabeza húmedo de tanques, sumideros y otros compartimentos de lubricación
• Altas temperaturas de funcionamiento
• Uso inadecuado de aditivos anti-rayado químicamente agresivos
• Conservación inadecuada del equipo almacenado o almacenado y protección inadecuada contra la humedad y los agentes de corrosión
• Lubricantes que son incompatibles con sellos, químicos de proceso, metalurgia de máquinas o tratamientos de superficies

La degradación mecánica de la superficie se divide en abrasión, fatiga y adherencia. Examinemos estos modos de desgaste que corresponden aproximadamente al 50 por ciento de por qué las máquinas se retiran de servicio. Más específicamente, consideremos hasta qué punto se puede controlar o detener esta destrucción.

Ernest Rabinowicz del MIT describió las causas relacionadas con la pérdida de utilidad de las máquinas.

Abrasión de dos cuerpos

Quizás del 20 al 30 por ciento del desgaste abrasivo sea de dos cuerpos. En este caso, dos superficies se deslizan una contra la otra, como un eje que gira dentro de un cojinete fijo estacionario. Las asperezas (puntos altos) de la superficie más dura (eje) tienden a arar o perforar la superficie más blanda como una lima.

¿Se puede controlar esto? No en todos los casos, pero probablemente sí en la mayoría de los casos. Todo lo que se necesita es una amplia generación de película de aceite. Esto se puede diseñar en la máquina mediante la selección adecuada de la configuración y el tamaño del rodamiento, por ejemplo. La temperatura de funcionamiento y la viscosidad del lubricante también impactan el espesor de la película. Las condiciones mecánicas importantes, como la desalineación, el desequilibrio, la sobrecarga, los arranques en seco y los descensos súbitos por inercia, también juegan un papel vital y, en general, son controlables.

Abrasión de tres cuerpos

Cuando un cuerpo extraño sólido se interpone entre dos superficies en un movimiento de deslizamiento relativo, puede ocurrir una forma más grave y común de destrucción de la superficie. Este cuerpo extraño es una partícula dura en el rango de tamaño general del espesor de la película de aceite. Estas partículas, normalmente invisibles a simple vista, tienen el potencial de ser enormemente destructivas.

Una partícula del tamaño adecuado puede funcionar como una herramienta de corte microscópica para producir surcos en la superficie opuesta. Sin embargo, a diferencia de la abrasión de dos cuerpos en la que la superficie blanda juega un papel de sacrificio, en la abrasión de tres cuerpos, la partícula puede infligir el mismo daño tanto en superficies duras como blandas. Algunos investigadores creen que la abrasión de tres cuerpos es responsable de hasta el 80 por ciento de todo el desgaste de la maquinaria.

¿Se puede controlar la abrasión de tres cuerpos? Absolutamente. La gran mayoría de las partículas microscópicas se originan como polvo del terreno, previamente transportado por el aire. Cuando los contaminantes transportados por el aire se ingieren en la máquina y se mezclan con el aceite o la grasa, ocurre una falla de la agencia humana. Es la agencia humana porque estas partículas de la tripulación de demolición no forman parte de la lista de materiales original de la máquina. Se les permitió ingresar durante la operación, a menudo debido a negligencia y malas prácticas de mantenimiento. Con el tiempo, un aceite puede convertirse más en un compuesto de bruñido que en un medio lubricante.

Fatiga

La fatiga es un término amplio que puede relacionarse con la fatiga por flexión (por ejemplo, un diente de engranaje) en una escala macro o la fatiga por contacto (por ejemplo, picaduras) en una escala micro. Este último es el caso dominante y ocurre típicamente en contactos rodantes como en la línea de paso de los dientes de los engranajes y la zona de carga de las pistas de rodadura de los rodamientos de los elementos rodantes. Por lo general, se inicia como micro picaduras y luego avanza a macro picaduras. Una etapa final serían grandes fragmentos destructivos.

La fatiga por contacto es mayor cuando se permite que las cargas se concentren en las asperezas de la superficie, los hombros de las abolladuras y donde las partículas puentean las superficies bajo carga. La fatiga de la superficie está influenciada por numerosas condiciones, entre las que se incluyen la rugosidad de la superficie, la dureza de la superficie, la viscosidad, el coeficiente de presión-viscosidad del fluido, las cargas y velocidades de funcionamiento, la contaminación por humedad y la distribución del tamaño de partículas. Con pocas excepciones, la mayoría de estas condiciones están dentro del ámbito de control, ya sea en la etapa de diseño de la máquina o en una etapa de operación y mantenimiento. Un gran fabricante de rodamientos de elementos rodantes ha declarado que sus rodamientos pueden tener una "vida infinita cuando se eliminan del aceite partículas más grandes que la película de aceite".

Desgaste adhesivo

A diferencia de la fatiga de la superficie que tarda en iniciarse, el desgaste del adhesivo puede ocurrir de inmediato. En condiciones severas de deslizamiento de límites, las superficies de metales similares pueden literalmente soldarse por puntos. Las máquinas muy cargadas y de movimiento lento son las más propensas al desgaste adhesivo, especialmente si las superficies se deslizan a una distancia considerable, lo que genera calor por fricción (por ejemplo, dientes grandes de engranajes de engranaje).

También conocido como raspado y abrasión, el desgaste adhesivo puede ser el menos controlable en comparación con la fatiga y la abrasión por contacto. Más a menudo, es el grado o la tasa de desgaste lo que es más controlable. Cuando las máquinas están bien diseñadas, bien fabricadas, debidamente puestas en marcha y operadas dentro de las cargas y velocidades nominales, el desgaste del adhesivo suele ser mínimo. Sin embargo, cuando las cargas son excesivamente altas, puede ser necesario implementar aditivos tensioactivos o lubricantes sólidos.

Las máquinas no solo mueren ... son asesinadas

Para algunas máquinas, intentar detener el progreso del desgaste es como intentar desafiar la gravedad. No podemos escapar de lo inevitable. Es posible que muchas máquinas ya estén en soporte vital, ya que están demasiado gastadas. Sin embargo, esto es solo para algunas máquinas, no para todas. Un alto porcentaje de máquinas lubricadas en servicio normal puede tener una vida útil aparentemente infinita. Son menos propensos a desgastarse y fallar cuando se les da un buen mantenimiento. Esto se debe a las muchas razones que acabamos de comentar relacionadas con el entorno y las condiciones de funcionamiento a las que exponemos las superficies de nuestra máquina.

Probablemente haya escuchado la palabra "riesgo" definida como la probabilidad de falla multiplicada por la consecuencia de la falla. En lo que respecta a la confiabilidad de la máquina, es posible que la consecuencia de una falla no esté dentro de un control práctico, pero la probabilidad de falla puede estarlo.

Este artículo describió el impacto vital de la acción humana en la confiabilidad de la máquina. La frecuencia de las fallas de la agencia humana tiende a ser inversamente proporcional a factores como la capacitación, las métricas de desempeño y la cultura de confiabilidad.

Considere esto:algunos profesionales de las plantas creen que el mantenimiento tiene dos problemas:

1. Está roto porque no trabajamos en él.
2. Está roto porque trabajamos en él.

Esta es la paradoja del mantenimiento, sin duda. Cualquiera en el campo del mantenimiento probablemente lo haya experimentado de primera mano. Sin embargo, la respuesta para resolver la paradoja se encuentra en el interior, simplemente reafirmando los problemas de la siguiente manera:

1. Está roto porque no sabíamos cómo evitarlo. O está roto porque no sabíamos que se estaba rompiendo y, por lo tanto, no funcionamos en él.
2. Está roto porque no sabíamos que no se estaba rompiendo y trabajamos en ello de todos modos. O está roto porque no sabíamos cómo podría hacer que se rompa al trabajar en él.

"No sabíamos" es la frase operativa común. Al igual que el desgaste, es controlable, pero solo cuando se toma la iniciativa de empoderar a las organizaciones de mantenimiento a través del conocimiento.

Entonces, no, no se supone que las máquinas se desgasten. Sin embargo, a menudo lo hacen. Si investiga por qué, es probable que descubra que, de hecho, fueron asesinados. Si sigue el rastro de la causa raíz, es probable que encuentre una pistola humeante en manos de una o más personas bien intencionadas (operador, artesano, mecánico, ingeniero, etc.) que simplemente no conocían nada mejor.

Jim Fitch, presidente y consultor técnico senior de Noria Corporation, tiene una gran experiencia “en las trincheras” en lubricación, análisis de aceite, tribología e investigaciones de fallas de maquinaria. Su lista de clientes incluye empresas como Michelin, Timken, John Deere, Caterpillar, Duke Energy, International Paper, Cummins y U.S. Steel.