TRIBOLOGIA Y MANTENIMIENTO PREDICTIVO

Transcripción

1 TRIBOLOGIA Y MANTENIMIENTO PREDICTIVO Raquel Bayón (raquel.bayon@tekniker.es)

2 INTRODUCCION TRIBOLOGIA la fricción entre dos cuerpos en movimiento, el desgaste como efecto natural de este fenómeno y las soluciones para evitar el desgaste y controlar la fricción (lubricación, tratamientos superficiales, ) Ciencia Multidisciplinar

3 El 30% del consumo mundial de energía se pierde en forma de calor debido a fricción La mitad de los productos fabricados reemplazan componentes desgastados

4 En España, una atención adecuada de los problemas tribológicos supondría un ahorro anual de 13,200 M ( % PNB)

5 Para qué sirve la tribología? Optimizar el funcionamiento (fricción y desgaste) de sistemas móviles Mínimo desgaste y mínima fricción Mínimo desgaste y máxima fricción Máximo desgaste y mínima fricción Máxima fricción y máximo desgaste

6 Sistemas Tribológicos En cualquier situación donde se producen fenómenos de fricción y desgaste, están involucrados cuatro tribo-componentes 1. Entorno: oxígeno, humedad, temperatura, gas, atmósfera contaminada, agua de mar, electrolito, fluido biológico, etc 2. Tribo-elemento A: materiales/recubrimientos 3. Elemento Intermedio: agua, aceite, grasa, aire, etc 4. Tribo-elemento B: materiales/recubrimientos

7 Sistemas Tribológicos: Ejemplos SISTEMA TRIBOELEMENTO A TRIBOELEMENTO B ELEMENTO INTERMEDIO ENTORNO Caja engranajes Engranaje 1 Engranaje 2 Aceite, partículas de desgaste Aire, humedad, Tª, etc Rueda/raíl Rueda Raíl Tierra, suciedad Aire, humedad, agua de lluvia, Tª,etc Líneas de fondeo Codo Eslabón Codo Eslabón Agua de mar Agua de mar, O 2, bacteriasfouling

8 Sistemas Tribológicos: Ejemplos SISTEMA TRIBOELEMENTO A TRIBOELEMENTO B ELEMENTO INTERMEDIO ENTORNO Cojinete Casquillo Eje Grasa, aceite Vacío, humedad, temperatur a, etc Prótesis Cabeza femoral Cotilo Líquido sinovial Tejidos, bacterias, cloruros Rectificadora Muela Material a rectificar Aceite Aire, agua

9 QUÉ OFRECE LA TRIBOLOGIA AL SECTOR INDUSTRIAL La tribología aporta al sector industrial en diferentes escenarios: Fase de diseño de un nuevo producto Fase de optimización de un producto existente (nuevos requerimientos, mejoras, mayor durabilidad, eficiencia) Prevención de fallo asociado a fenómenos de fricción y desgaste en diferentes sistemas tribológicos

10 QUÉ OFRECE LA TRIBOLOGIA AL SECTOR INDUSTRIAL Análisis de un sistema tribológico concreto Comportamiento de diferentes materiales/tratamientos superficiales/lubricantes en las mismas o diferentes condiciones de trabajo Propuesta de materiales/tratamientos superficiales/lubricantes alternativos Análisis de las causas de fallo de un sistema mecánico Control de los parámetros que afectan al ensayo

11 Tribología y mantenimiento predictivo El uso del mantenimiento predictivo consiste en establecer una relación entre las variables que afectan al sistema y la vida del componente. Esto se logra mediante la monitorización y el control de dichas variables (temperatura, vibraciones, presión de contacto, estado de degradación del lubricante, etc) periódicamente hasta que el componente falle durante ensayos experimentales controlados. La combinación del mantenimiento predictivo con el conocimiento tribológico permite establecer la fiabilidad de un sistema mecánico.

12 Tribología y mantenimiento predictivo Monitorización de Sistemas Tribológicos 1. Ensayos y evaluación tribológica, simulación de la fricción y desgaste, monitorización y diagnóstico. Diseño de experimentos. Bancos de ensayos y equipos de tribología Modelado multifísico y simulación. Evaluación de la fricción y el desgaste (pulido, pitting o scuffing) 2. Monitorización del estado de salud del componente: Sensores (Vibraciones, Corriente, temperatura, COF, lubricante, ) Algoritmos de detección y predicción de fallo basados en datos y conocimiento: umbrales, técnicas de clasificación, estimación de vida remanente Ensayos Tribológicos Monitorización de parámetros in situ Análisis del fallo Predicción de vida Relacionar modos de fallo de componente y señales de adquisición

13 Sistema Tribológico Strategies for system improvement Material 1 (surface) Lubricante/otros Material 2 (surface) Material Lubricante Control en uso 1- Selección de materiales 2- Tratmientos superficiales 1- Selección del lubricante 2- Mejora de la formulación7optimización 3- Sistema de lubricación (re-diseño ) 1- Monitorización del lubricante en uso 2-Monitorización on-line de otros parámetros Synergies between I+D research areas Systems validation (Lab test bench and demo configurations) TRL TRL 6-7

14 La tribología se apoya en el mantenimiento predictivo como herramienta para analizar la fiabilidad de cualquier sistema tribológico. 1. Identificación de necesidades de mejora Fallo prematuro Alto coste de mantenimiento Introducción de materiales sostenibles etc

15 La tribología se apoya en el mantenimiento predictivo como herramienta para analizar la fiabilidad de cualquier sistema tribológico. 2. Propuesta de mejora: nuevos materiales, lubricantes, recubrimientos Nuevos materiales Tratamientos superficiales Recubrimientos multifuncionales Optimización de lubricantes y grasas etc

16 La tribología se apoya en el mantenimiento predictivo como herramienta para analizar la fiabilidad de cualquier sistema tribológico. 3. Diseño de experimentos, diseño de configuraciones y procedimientos Adaptación de tribómetros Selección de condiciones: carga, frecuencia, amplitud, duración Puesta a punto experimental etc

17 parameter value IK4-TEKNIKER 2017 La tribología se apoya en el mantenimiento predictivo como herramienta para analizar la fiabilidad de cualquier sistema tribológico. 4. Monitorización de parámetros del componente en uso Coeficiente de fricción Temperatura Presión de contacto Ruido/vibraciones Estado de degradación del lubricante etc COF 0,15 Ensayo "Bola sobre disco" bajo la Norma DIN fault case function 0,1 nominal case function 0,05 Tiempo (s) time in revolution

18 La tribología se apoya en el mantenimiento predictivo como herramienta para analizar la fiabilidad de cualquier sistema tribológico. 5. Validación en condiciones reales de uso Ensayos a vida en banco Condiciones reales de trabajo Monitorización in situ hasta fallo de componente

19 La tribología se apoya en el mantenimiento predictivo como herramienta para analizar la fiabilidad de cualquier sistema tribológico. 6. Análisis de fallo Caracterización de la superficies Caracterización del lubricante Cálculo del desgaste Diagnóstico de fallo Relacionar modos de fallo con señales de adquisición Desarrollo de herramienta detección y predicción de fallo

20 Ejemplo: Engranajes. Selección de aceites para reducir micropitting en engranajes de multiplicadora eólica Ensayo tribológico Monitorización de variables en uso Temperatura Vibraciones Estado del lubricante Presión de contacto Análisis de fallo Correlación, desarrollo de herramienta predictiva

21 Ejemplo: Sistemas de sellado Selección de juntas de sellado para martillo neumático. Se identificaron la fatiga, extrusión y degradación térmica como los principales mecanismos de fallo. Ensayo tribológico Monitorización de variables en uso Análisis de fallo Temperatura Fuga de lubricante Estado del lubricante Vibraciones DEGRADACIÓN TÉRMICA Correlación, desarrollo de herramienta predictiva

22 Ejemplo: Rodamientos Desarrollo de nuevas grasas para rodamiento de bogie: reducir fatiga y generar menos temperatura en el componente Ensayo tribológico Monitorización de variables en uso Análisis de fallo Temperatura Vibraciones Estado del lubricante Presión de contacto DEGRADAIÓN TÉRMICA Correlación, desarrollo de herramienta predictiva

23 RESUMEN Selección de parámetros para monitorizar Ensayo tribológico ADHOC y monitorización in situ Correlación con mecanismos de fallo Selección de aplicación industrial Selección de sistema Selección de componente crítico

24 Eskerrik asko Gracias Thank you IK4-TEKNIKER 2017