ALEJANDRO HOYOS SOTO. Pasantía para optar al título de Ingeniero mecánico. Director CRISTIAN DAVID CHAMORRO Ingeniero Mecánico

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1 DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE LUBRICACIÓN PARA EL GRUPO DE ARRASTRE Y LA MESA DE OSCILACIONES DE LA MÁQUINA DE COLADO CONTINÚO DE LA EMPRESA SIDOC S.A. ALEJANDRO HOYOS SOTO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA PROGRAMA INGENIERÍA MECANICA SANTIAGO DE CALI 2008

2 DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE LUBRICACIÓN PARA EL GRUPO DE ARRASTRE Y LA MESA DE OSCILACIONES DE LA MÁQUINA DE COLADO CONTINÚO DE LA EMPRESA SIDOC S.A. ALEJANDRO HOYOS SOTO Pasantía para optar al título de Ingeniero mecánico Director CRISTIAN DAVID CHAMORRO Ingeniero Mecánico UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA SANTIAGO DE CALI

3 Nota de aceptación: Aprobado por el comité de grado en Cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Mecánico. Ing. CRISTIAN DAVID CHAMORRO Director Santiago de Cali, 10 de Octubre del

4 CONTENIDO Pag. GLOSARIO 11 RESUMEN 13 INTRODUCCION DEFINICION Y ANALISIS DEL PROYECTO PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA OBJETIVOS Objetivo general Objetivos específicos JUSTIFICACIÓN ASPECTOS GENERALES DE LA EMPRESA HISTORIA GENERAL DE LA EMPRESA MISION VISION LA LUBRICACIÓN TIPOS DE LUBRICACIÓN EL LUBRICANTE SISTEMA CENTRALIZADO DE LUBRICACION CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE LUBRICACION CENTRALIZADA Sistemas de línea simple para aceite o grasa 29 4

5 4.1.2 Sistemas de línea doble para aceite o grasa Sistema progresivo para aceite o grasa, por perdida de lubricante Sistema progresivo de circulación de aceite o restrictivo Sistemas de lubricación de circuitos múltiples o multilínea: Sistemas para lubricación hidrostática Sistemas de lubricación por cantidades mínimas: Sistemas de lubricación por aire comprimido Lubricación de cadenas OPCIONES SISTEMA DE LUBRICACION CON GRASA POR PÉRDIDA Grupo de arrastre Mesas De Oscilación SISTEMA DE LUBRICACIÓN DE ACEITE POR PÉRDIDA SISTEMAS DE CIRCULACIÓN DE ACEITE CONCLUSION RECOMENDACIONES 67 BIBLIOGRAFÍA 68 ANEXOS 70 5

6 LISTA DE TABLAS Pag. Tabla 1. Consistencia de la grasa según el grado NLGI. 24 Tabla 2. Cálculos de la cantidad de lubricante. 42 6

7 LISTA DE FIGURAS Pag. Figura 1. Los cuatro factores de las fallas de los rodamientos 20 Figura 2. Tipos de lubricación. 22 Figura 3. Frecuencia de lubricación manual vs. Lubricación automática. 26 Figura 4. Funcionamiento de un sistema de lubricación centralizada. 27 Figura 5. Esquema de los sistemas de lubricación centralizada. 28 Figura 6. Sistemas de línea simple. 30 Figura 7. Sistemas de línea doble. 32 Figura 8. Sistema progresivo. 33 Figura 9. Sistema progresivo de circulación de aceite. 35 Figura 10. Sistemas de lubricación de circuitos múltiples. 36 Figura 11. Sistemas de lubricación por aire comprimido. 38 Figura 12. Lubricación centralizada para cadenas. 40 Figura 13. Descripción de la dimensión para los rodamientos axiales. 42 Figura 14.Esquema opción No. 1 para grupo de arrastre. 44 Figura 15.Esquema Opción No. 2 para grupo de arrastre. 45 Figura 16. Esquema de las mesas de oscilación. 47 Figura 17. Partes Válvula progresiva. 48 Figura 18. Posición 1 de la válvula progresiva. 49 7

8 Figura 19. Posición 2 de la válvula progresiva. 50 Figura 20. Posición 3 de la válvula progresiva. 51 Figura 21. Posición 4 de la válvula progresiva. 52 Figura 22. Posición 5 de la válvula progresiva. 53 Figura 23. Posición 6 de la válvula progresiva. 53 Figura 24. Separador centrífugo. 54 Figura 25. Indicador de falla. 55 Figura 26. Sensor de ciclos. 56 Figura 27. Válvula de cierre alta presión (válvula de paso). 57 Figura 28. Indicador de bajo nivel. 57 Figura 29. Switch de presión. 58 Figura 30. Dimensiones de la palanquilla y el espesor de la película de lubricante. 59 Figura 31. Esquema del diseño del sistema de lubricación. 60 Figura 32. Bomba de engranajes. 61 Figura 33. Funcionamiento Bomba de engranajes. 61 Figura 34. Válvula reguladora de caudal. 62 Figura 35. Partes de la válvula reguladora. 62 Figura 36. Reductores de velocidad de Sin fin-corona. 64 Figura 37. Sistema de circulación de aceite. 64 Figura 38. Tablero de control y operación del equipo de lubricación automática. 70 Figura 39. Pulsadores de START. 71 8

9 Figura 40. Los pulsadores de START (verde) y STOP (rojo). 71 Figura 41. El selector (línea 1, automático, linea2). 72 Figura 42. El piloto de falla (rojo). 72 Figura 43. Equipo modelo. 73 Figura 44. El tablero de componentes. 74 Figura 45. Válvula secundaria. 75 Figura 46. Indicador de falla activado. 75 Figura 47. Esquema de las válvulas. 76 Figura 48. Válvula secundaria y rodamiento. 77 Figura 49. Sistema de lubricación centralizado automático. 78 Figura 50. Diseño del sistema automático de lubricación para el grupo de arrastre. 79 Figura 51. Diseño de la mesa de oscilaciones de la máquina de colado continúo de la empresa SIDOC S.A. 80 9

10 LISTA DE ANEXOS Pag. Anexo A. Manual de operación del equipo 70 Anexo B. Boceto del sistema instalado 78 10

11 GLOSARIO BOMBA: elemento para repartir grasa o aceite desde un depósito central hacia los puntos de lubricación de forma completamente automática. CONTAMINACIÓN: fenómeno en el cuál se produce una falta o falla de retenes, luego de trabajar en el agua. La limpieza del área de trabajo y el exceso de polvo afectan la vida útil del equipo. DOSIFICADORES: componentes intercambiables de los distribuidores con distinto caudal los cuales permiten también repartir el lubricante exacto en cada pulso o ciclo de trabajo de la bomba. Los sistemas de línea simple pueden ser utilizados tanto para aceite como para grasa fluida (NLGI grados 000, 00). FATIGA: caso en el cuál los rodamientos sobrecargados o mal aplicados o diseñados para ser usados en posición vertical e instalada horizontalmente o la falta de protección por la grasa de escasa resistencia, causan debilitamiento y rotura del metal. INYECTOR DE ACEITE: es una bomba de pistón de accionamiento neumático. La mezcla del aceite con el aire se realiza en el momento de inicio de la circulación del flujo. La cantidad de aceite se ajusta con el casquillo dosificador del inyector. LUBRICACIÓN: es la separación de dos superficies con deslizamiento relativo entre sí de tal manera que no se produzca daño en ellas. LUBRICANTE: película de espesor suficiente entre las dos superficies en contacto para evitar el desgaste. El lubricante en la mayoría de los casos es aceite mineral. En algunos casos se utiliza agua, aire o lubricantes sintéticos. RODAMIENTOS: los equipos industriales están diseñados para proveer una cantidad de horas de servicio sin falla cuando los lubricamos con la grasa correcta, en la cantidad correcta y en el momento correcto. ROZAMIENTO: es un fenómeno de adherencia, que conviene reducir para disminuir los esfuerzos necesarios para la puesta en movimiento. 11

12 SALIDA: consiste en hacer las modificaciones de caudal dependiendo de los puntos de engrase intercambiando las secciones de cada distribuidor. Podemos asegurar la lubricación en todos los puntos, puesto que una salida sólo puede descargar el lubricante cuando lo haya hecho la anterior. Controlando una salida controlamos el sistema. SISTEMAS DE LÍNEA DOBLE: se usan preferentemente para lubricar máquinas e instalaciones con un gran número de puntos de lubricación, largas distancias y condiciones adversas de funcionamiento. 12

13 RESUMEN En el presente documento se mostrarán todos los procesos y actividades desarrolladas durante el proyecto ejecutado en la empresa Siderúrgica del Occidente, SIDOC S.A. Este proyecto se planteó por la necesidad de automatizar el sistema de lubricación de la máquina de colado continuo de dicha empresa. Se instaló un sistema de lubricación centralizada de tipo progresivo, encargado de mantener los rodamientos de los rodillos del grupo de arrastre de la Máquina de colado continuo con lubricante en forma constante. Para lo anterior se le adecuo una bomba neumática a un sistema de lubricación centralizada de tipo progresivo, que consta de dos válvulas progresivas master, seis válvulas progresivas secundarias, un sistema de control con PLC capaz de detectar fallas en el sistema y el sistema de tubería. Además de esto, se diseño el sistema automático de lubricación para las mesas de oscilación que consiste en un sistema de lubricación centralizado de tipo progresivo, las lingoteras con una lubricación centralizada por perdida de aceite y en las cajas reductoras tipo sinfin del grupo de arrastre con una circulación de aceite. Todo lo anterior para poder darle más confiabilidad a la máquina, y de este modo lograr procesos mucho más rápidos y económicos. 13

14 INTRODUCCIÓN El proyecto que se presentará a continuación, trata temas de actualidad y de gran importancia para las labores de ingeniería en la industria. Es importante tener en cuenta temas de automatización, diseño de máquinas, lubricación, entre otros. En la vida cotidiana de las industrias se hace más común afrontar problemas donde se debe recurrir a los campos anteriormente nombrados para resolverlos de manera eficiente, rápida y confiable. La tecnología en la actualidad se ha vuelto fundamental para los ingenieros porque gracias a esta los procesos se desarrollan de una manera más eficiente, y es de vital importancia poder aprovechar las herramientas adicionales que se tienen al alcance usando todo el conocimiento que se tiene en las diferentes áreas, y plantear soluciones a los diferentes problemas y/o requerimientos que se presentan en la industria. Para este caso, se planteó la necesidad de instalar un sistema de lubricación automático en el grupo de arrastre, y el diseño para las mesas de oscilaciones, lingoteras y cajas reductoras tipo sin-fin del grupo de arrastre de la máquina de colado continúo en SIDOC S.A. Esto con el fin de garantizar que el sistema siempre contará con la lubricación necesaria para su correcto funcionamiento, reduciendo de forma eficaz el rápido desgaste que estas piezas móviles sufren debido al trabajo que realiza y a la alta contaminación presente. Otra ventaja que se obtiene con la implementación de este sistema automático, es la posibilidad de lubricar la máquina durante su funcionamiento, y la reducción de operarios en la línea de producción permitiendo esto reducción de tiempos muertos en la producción y la exposición de los mismos a posibles accidentes a nivel industrial. 14

15 1. DEFINICIÓN Y ANÁLISIS DEL PROYECTO 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Se solucionó el problema de la carencia de un sistema de lubricación adecuado que garantice el optimo funcionamiento de los rodamientos que se encuentran integrados en el grupo de arrastre y las rotulas que integran las mesas de oscilaciones de la maquina de colado continuo, maquinas que hacen parte de la línea de producción de acero de la empresa SIDOC S.A. 1.2 OBJETIVOS Objetivo general. Diseñar un sistema de lubricación automática que garantice una optima lubricación y de esta forma mejorar la vida útil de los elementos de máquina que aquí intervienen Objetivos específicos. Diagnosticar la situación de lubricación. Calcular las diferentes condiciones de lubricación que intervienen en el proceso. Diseñar el sistema de lubricación que cumpla con las condiciones de operación. Seleccionar los sistemas que se deben utilizar en el dispositivo automático de lubricación. Producción de un manual de operación del sistema diseñado.

16 1.3 JUSTIFICACIÓN De la forma en la que se estaba realizando la lubricación, se observaba que los sistemas mecánicos no cumplían una vida útil adecuada, lo que generaba cambios de piezas, aumentos en los tiempos de mantenimiento y pérdidas en la producción de la empresa. También hubo de tenerse en cuenta las condiciones del operario el cual, en esas circunstancias vistas se exponía a un ambiente nocivo y peligroso. La implementación de este sistema automático de lubricación va a garantizar una lubricación óptima que garantiza la vida útil de los elementos de máquina que en este intervienen y de esta forma permitiendo que los procesos de mantenimiento sean más eficientes, cabe anotar que la implementación de este sistema va a mejorar la función del operario en su desempeño en el desarrollo del mantenimiento, ya que el operario no va a entrar en contacto directo con los puntos de lubricación. 16

17 2. ASPECTOS GENERALES DE LA EMPRESA 2.1 HISTORIA GENERAL DE LA EMPRESA Siderúrgica de Occidente - SIDOC S.A. SIDOC, es una empresa metalúrgica conformada por un equipo humano altamente calificado y comprometido con el cumplimiento de los objetivos de la compañía entre los que se cuenta ser la productora del acero de los colombianos. Con 20 años de vida empresarial y con 400 hombres y mujeres a su servicio, esta empresa vallecaucana es una de las más progresistas en el negocio del acero. Sus políticas de alto contenido social para con sus empleados, la han convertido, más que en una pujante empresa regional con proyección nacional, en una empresa socialmente responsable que se preocupa por la calidad de vida de sus trabajadores, el respeto al medio ambiente, y en lo referente a la calidad de sus procesos, ostenta hoy en día con la certificación de aseguramiento de calidad ISO MISION SIDOC S.A es la única siderúrgica del Valle del Cauca con capital 100% colombiano que fabrica y comercializa aceros estructurales de alta calidad con políticas de producción limpia y respeto por el medio ambiente formando ciudadanos con alto sentido de responsabilidad social que responden a la expectativa de mantener UN COMPROMISO DE ACERO POR LO NUESTRO. 2.3 VISION Para el año 2012 SIDOC S.A. continuara siendo una empresa con estándares internacionales de productividad y rentabilidad, garantizando competitividad en el mercado nacional. Se consolidara como una empresa socialmente responsable con sus trabajadores, proveedores, clientes, medio ambiente y comunidad brindándose como alternativa integral en calidad, productos y servicio para el mercado de acero estructural del país. 17

18 Nos estamos proyectando para conformar un equipo humano altamente calificado, motivado y comprometido con el cumplimiento de los objetivos de la compañía, para mantener nuestro liderazgo del sector, en la generación de valor y rentabilidad a sus accionistas 1. 1 SIDERÚRGICA SIDOC, Documento de planeación y promoción empresarial, Cali, Archivo de computador 18

19 3. LA LUBRICACIÓN El propósito de la lubricación es la separación de dos superficies con deslizamiento relativo entre sí de tal manera que no se produzca daño en ellas. Se intenta con esto que el deslizamiento ocurra con el menor rozamiento posible y prevenir el calentamiento excesivo. Para conseguir esto se intenta, siempre que sea posible, que haya una película de lubricante de espesor suficiente entre las dos superficies en contacto para evitar el desgaste. El lubricante en la mayoría de los casos es aceite mineral. En algunos casos se utiliza agua, aire o lubricantes sintéticos cuando hay condiciones especiales de temperatura, velocidad, entre otros. La fricción y el desgaste se encuentran siempre presentes en los sistemas y las máquinas. El rozamiento crea una pérdida de energía mecánica (potencia) perjudicial para el mecanismo y que se traduce en un calentamiento de las piezas que estén en contacto, ocasionando desgaste y deformaciones, y eventualmente adhesión. En reposo el rozamiento se traduce en un fenómeno de adherencia, que conviene reducir para disminuir los esfuerzos necesarios para la puesta en movimiento. El rozamiento afecta a todos los movimientos relativos entre las piezas. Los rodamientos de los equipos industriales están diseñados para proveer una cantidad de horas de servicio sin falla cuando los lubricamos con la grasa correcta, en la cantidad correcta y en el momento correcto. Las fallas de los rodamientos se pueden agrupar en cuatro factores: Ajuste: 16% de las fallas de rodamientos son causados por error de ajuste al instalar. Lubricación: 36% de las fallas de rodamientos son causados por mala lubricación. Esto puede ser por grasa inadecuada, exceso de grasa o falta de grasa. Contaminación: 14% de las fallas de rodamientos son causadas por contaminación del medioambiente o del trabajo. La falta o falla de retenes, la revisión luego de trabajar en el agua, la limpieza del área de trabajo y el exceso de polvo afectan la vida útil del equipo. 19

20 Fatiga: 34% de las fallas de rodamientos son causadas por fatiga. En términos generales hablamos de los rodamientos sobrecargados, mal aplicados rodamientos diseñados para ser usados en posición vertical e instalados horizontalmente) o falta de protección por la grasa de escasa resistencia Timken, poca adherencia, alta consistencia o pobre resistencia a los contaminantes (agua, temperatura, gases, entre otros) 2. Figura 1. Los cuatro factores de las fallas de los rodamientos 16% 34% Ajuste 14% 36% Lubricación Contaminación Fatiga 3.1 TIPOS DE LUBRICACIÓN. Pueden distinguirse situaciones distintas de lubricación: hidrodinámica, por capa límite, hidrostática, elastohidrodinámica. - Lubricación hidrodinámica: También se denomina de película espesa. En esta situación, la película de lubricante separa completamente las superficies en movimiento. El rozamiento entre estas superficies es mucho menor y no hay ningún contacto metálico entre las superficies. Existe una lubricación hidrodinámica parcial que se sitúa en la franja entre la lubricación hidrodinámica y la lubricación por capa límite. 2 La Vida Útil de Rodamientos y Cojinetes Lubricados por Grasa, Contaminación y Lubricación, [en línea] Bolivia: Widman internacional, [Consultado el 14 de mayo de 2008]. Disponible en Internet: 20

21 - Lubricación elastohidrodinámica: tiene lugar tanto en la lubricación hidrodinámica parcial como en la lubricación hidrodinámica, y sucede cuando un elemento rodante bajo una carga elevada rueda a lo largo del camino de rodadura y se produce un aumento de la presión en el punto de contacto, causando microdeformaciones. Las superficies deformadas se comprimen momentáneamente entre si y se aplanan ligeramente (deformación elástica). Se podría pensar que el lubricante es expulsado del punto de contacto y que las superficies están en contacto directo una con otra, pero no es así. Por lo contrario, la viscosidad aumenta dramáticamente. Cuando los elementos rodantes continúan rodando, las superficies recuperan su forma original y la viscosidad vuelve a su estado original. - Lubricación por capa limite: La lubricación por capa limite se produce cuando el espesor de la película de lubricante es demasiado escaso para separar adecuadamente las superficies de contacto. Esta situación tiene lugar cuando la cantidad de lubricante es insuficiente, o cuando el movimiento relativo entre las dos superficies es demasiado bajo para crear una película de lubricante. Esta condición también se puede dar cuando la viscosidad del lubricante es muy baja, bien debido a una temperatura alta, o a causa de un lubricante con una baja viscosidad inicial. En esta situación de lubricación, el roce metal-metal se produce en la zona de contacto, produciendo una soldadura localizada de las crestas de la superficie. El resultado final es un alto rozamiento, un elevado desgaste y un deterioro de la superficie. Ejemplo clásico es el de dos piñones en movimiento bañados por aceite 3. - Lubricación Hidrostática: En este caso el lubricante se introduce entre las superficies en movimiento con una presión tal que las partes se mantienen separadas. Se usa este tipo de lubricación cuando la velocidad relativa de las partes es muy pequeña o nula, y cuando se desea obtener el menor coeficiente de fricción 4. Se obtiene introduciendo a presión el lubricante en la zona de carga para crear una película de lubricante. 3 Mantenimiento planificado, [en línea] Barcelona: MP Software, [Consultado el 11 de abril de 2008]. Disponible en Internet: 0grasa.pdf 4 FERNÁNDEZ R, Claudio, Lubricantes y cojinetes, Santiago de cali: Univalle, 1970, p

22 No es necesario el movimiento relativo entre las superficies. Se emplea en cojinetes lentos con grandes cargas. Puede emplearse aire o agua como lubricante. Ejemplos de lubricación: La lubricación por capa limite tiene lugar, por ejemplo, en las aplicaciones con muy baja velocidad y cuando el lubricante tiene una viscosidad baja. Los rodamientos en los cilindros de secado de las maquinas papeleras funcionan a menudo con lubricación por capa limite; las temperaturas de funcionamiento hacen que la viscosidad sea baja. En el área de la lubricación hidrodinámica parcial, las aplicaciones mas comunes de rodamientos son las cajas de engranes, ventiladores, bombas, entre otros. La lubricación elastohidrodinámica existe cuando la lubricación es muy buena, por ejemplo en aplicaciones de alta velocidad, como los husillos de maquinas-herramienta. Figura 2. Tipos de lubricación. Fuente: Mantenimiento planificado, [en línea] Barcelona: MP Software, [Consultado el 11 de abril de 2008]. Disponible en Internet: nual%20skf%20grasa.pdf 22

23 3.2 EL LUBRICANTE La viscosidad es una de las propiedades más importantes de un lubricante. Es uno de los factores responsables de la formación de la capa de lubricación, bajo distintas condiciones de espesor de esta capa. La viscosidad afecta la generación de calor en rodamientos, cilindros y engranajes debido a la fricción interna del lubricante. Esto afecta las propiedades de este y la velocidad de su consumo. Determina la facilidad con la que las máquinas se pueden poner en funcionamiento a varias temperaturas, especialmente a las bajas. La operación satisfactoria de una pieza dada de un equipo depende fundamentalmente del uso de un lubricante con la viscosidad adecuada a las condiciones de operación esperadas. El lubricante que se usa en la Máquina de Colado Continuo de SIDOC S.A. es grasa; Grasa es nada más que un fluido (aceite) en una esponja (espesante). Normalmente se adicionan aditivos EP (extrema presión) para proveer protección, tal como se precisa en un reductor o transmisión. A veces incluyen aditivos de pegajosidad para mejorar su adherencia y comportamiento en alta velocidad. Entre mas espesante tiene, menos será el aceite disponible para lubricar, haciendo mas difícil la penetración a los rodamientos, la formación de la película hidrodinámica y la adherencia a las piezas. El Instituto Nacional de Grasas Lubricantes (Nacional Lubricating Grease Institute NLGI) de los Estados Unidos, ha establecido una clasificación para las grasas basadas en la medida de la consistencia a través del método ASTM D217. Esta prueba consiste en medir la profundidad (en décimas de mm.), a la cual un cono de metal penetra en una muestra de grasa después de una caída libre a determinada temperatura. En esta clasificación se establecen consistencias desde el Grado NLGI 000 (bien líquida) hasta el Grado NLGI 6 (bien dura). Se obtiene esta penetración con la combinación de viscosidad del aceite base y el tipo y cantidad de espesante. El grado de consistencia NLGI 2 es el más común y puede aplicarse en la mayoría de los propósitos si cuenta además las características necesarias. La consistencia de la grasa es más crítica de lo que aparece. Muchas veces los mecánicos suben de consistencia NLGI 2 a NLGI 3 porque la grasa actual (o la que usaron alguna vez) no aguantó el calor. 23

24 Piensan que aumentando el % de espesante (esponja) de la grasa evitará su derretimiento. La realidad es que pocos rodamientos requieren más que un número 2. Si el equipo fue diseñado para grasa número 2, requiere número 2. Al colocar una grasa mas dura reducimos la lubricación y acortamos la vida útil del equipo 5. Tabla 1. Consistencia de la grasa según el grado NLGI. Fuente: La Vida Útil de Rodamientos y Cojinetes Lubricados por Grasa Contaminación y Lubricación, [En línea] Bolivia: Widman internacional, [Consultado el 14 de mayo de 2008]. Disponible en Internet: 5 Clasificación NLGI para grasas lubricantes, [En línea] Venezuela: Inversiones Servioil C.A., [Consultado el 8 de julio de 2008]. Disponible en internet: 24

25 4. SISTEMA CENTRALIZADO DE LUBRICACION Llamamos lubricación tradicional normal a la actividad por la cual se mantiene lubricada una máquina con el nivel de lubricante por encima del nivel óptimo a través de recargas temporales realizadas por la p e r s o n a e n c a r g a d a d e l a l u b r i c a c i ó n. De esta manera, el operario cumple con un programa de lubricación y cada determinados períodos de tiempo realiza la recarga del lubricante que se consumió durante el funcionamiento normal de la máquina. Ahora bien, qué sucede en caso de que por algún motivo la persona no cumpla con el programa de lubricación o prolongue los períodos de tiempo entre recargas? En este caso la máquina comenzará a trabajar con un nivel de lubricante por debajo del nivel óptimo requerido. Como consecuencia de esto, comenzarán a producirse deterioros por fricción, dilatación de piezas por elevada temperatura, ruidos, entre otros. Todos estos deterioros antes mencionados son irreversibles y traerán aparejadas futuras paradas de máquinas por rotura de piezas generando importantes pérdidas por la interrupción de la actividad productiva y altos costos por reparaciones. Como contraste de lo anterior aparece la Lubricación Centralizada. La Lubricación Centralizada es una tecnología que se encarga de entregar la dosis de lubricante deseada en le tiempo deseado en forma automática o semiautomática independizando la tarea de lubricación de la mano del hombre. Estos sistemas son una herramienta infaltable en la tarea productiva asegurando la óptima lubricación de las maquinarias y prolongando al máximo la vida útil de las mismas. 25

26 Figura 3. Frecuencia de lubricación manual vs. Lubricación automática El funcionamiento de estos sistemas de lubricación se caracteriza por mantener el nivel óptimo de lubricante realizando recargas automáticas en períodos de tiempo cortos comparándolos con los periodos de la forma manual como se observa en la figura anterior. De esta manera la máquina recibe muy frecuentemente pequeñas dosis de lubricante. Estas pequeñas dosis hacen que el lubricante esté siempre renovado, libre de impurezas. Esta nueva manera de lubricar ayuda también a mantener baja la temperatura de los mecanismos de la máquina ya que se proporciona constantemente lubricante fresco. 26

27 Figura 4. Funcionamiento de un sistema de lubricación centralizada. FUENTE: Uruman, [en línea]. Uruguay: ITG e INGENAL, [Consultado el 8 de julio de 2008] Disponible en Internet: Uruman2006.pdf. El principio de funcionamiento de un sistema de lubricación centralizada consiste en utilizar una bomba para repartir grasa o aceite desde un depósito central hacia los puntos de lubricación de forma completamente automática. Nuestro sistema aporta perfectamente las cantidades de grasa o aceite especificadas por los fabricantes de maquinaria. Todos los puntos de lubricación alcanzados reciben el suministro óptimo de lubricante, reduciendo el desgaste. Como consecuencia incrementamos considerablemente la vida de servicio de los elementos de la máquina mientras que a su vez, reducimos el consumo de lubricante. Con la implementación de un sistema centralizado se garantizara que la vida útil de los elementos móviles, como los rodamientos, se alargara y tendrá el funcionamiento adecuado. Aumentando la vida útil de estos elementos se garantiza menos paradas no programadas aumentando los tiempos de producción y disminución de costos de mantenimiento, lo anterior se pude garantizar únicamente con un sistema automático de lubricación centralizado porque estas son las razones por las cuales se debe pensar en implementar un sistema de este tipo, donde a pesar de que la maquina este en funcionamiento se pude lubricar. 27

28 Beneficios de la Lubricación Centralizada Aumento de la Seguridad del personal que interviene en tareas de Lubricación. Ahorro de lubricantes por racionalización de su uso. Disminución de los tiempos de parada de equipos mejorando la productividad. Eliminación de contaminación del lubricante por manipuleo. Racionalización de la mano de obra de mantenimiento. Permite lubricación con equipo en funcionamiento CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE LUBRICACION CENTRALIZADA Figura 5. Esquema de los sistemas de lubricación centralizada. Fuente: Uruman, [En línea] Uruguay: ITG e INGENAL, [Consultado el 8 de julio de 2008] Disponible en Internet: Uruman2006.pdf. 6 Sistemas centralizados de lubricación, [en línea] Argentina: Cirval S.A, [Consultado el 9 de julio de 2008] Disponible en Internet: 28

29 4.1.1 Sistemas de línea simple para aceite o grasa Aplicaciones: Máquina herramienta, maquinaria de impresión, industria textil, maquinaria de embalaje, entre otros. Principio: Los sistemas de lubricación centralizada por línea simple están diseñados para alimentar los puntos de lubricación de la máquina con cantidades relativamente pequeñas de lubricante conforme a las necesidades de los puntos, ya que nos permiten lubricar intermitentemente, aportando una cantidad definida cada vez que se realiza un ciclo. Los dosificadores intercambiables de los distribuidores con distinto caudal nos permiten también repartir el lubricante exacto en cada pulso o ciclo de trabajo de la bomba. Los sistemas de línea simple pueden ser utilizados tanto para aceite como para grasa fluida (NLGI grados 000, 00). Componentes Bomba (bomba de pistón o bomba de engranaje). Distribuidores volumétricos. Dosificadores. Control y unidad de monitorización dependiendo de la configuración del sistema. Ventajas Planificación simple del sistema. Sistema modular. Fácilmente ampliable. 29

30 Figura 6. Sistemas de línea simple Fuente: Lubricación Centralizada por simple [en línea]. Barcelona: Lubritec S.A [Consultado 14 de mayo de 2008], Disponible en Internet: Sistemas de línea doble para aceite o grasa Aplicaciones: Los sistemas de línea doble se usan preferentemente para lubricar máquinas e instalaciones con un gran número de puntos de lubricación, largas distancias y condiciones adversas de funcionamiento. Plantas de generación (turbinas, ventiladores), acerías, fundiciones, trenes de laminado, hornos continuos, minería, cintas de transporte, plantas de azúcar (molinos y secadores), industria de la alimentación (líneas envasadoras), industria química, petroquímica, fábricas de cemento, canteras, entre otros. Principio: Este sistema de lubricación centralizada, está basado en 2 líneas principales, que son presurizadas y despresurizadas alternativamente. Está diseñado para aceite ISO VG con una viscosidad mayor de 50 mm2/s y también para grasa de hasta grado NLGI 3. Estos sistemas pueden diseñarse a requerimientos del cliente para circuitos abiertos en operaciones intermitentes. 30

31 Componentes: Los sistemas de línea doble consisten principalmente en una: Bomba neumática o eléctrica con depósito o sobre barril Válvula inversora Unidad de control Distribuidores de línea doble Presostatos Dos líneas principales, así como de todos los racores y material necesario para su instalación. Ventajas Elevada seguridad de trabajo gracias a la medida de la diferencia de presión al final de las líneas, así como fácil supervisión. Facilidad de cambio en la aportación de grasa a cada uno de los puntos por el uso de distribuidores de línea doble. Tamaño del sistema, con posibilidad de más de 1000 puntos de lubricación dentro de un rango de 100 m (longitud de línea efectiva) alrededor de la bomba. Seguridad de operación en los puntos de lubricación gracias a que la presión máxima del sistema es de 400 bares. 31

32 Figura 7. Sistemas de línea doble Fuente: Lubricación centralizada por doble línea [en línea]. Barcelona: Lubritec S.A [Consultado 14 de mayo de 2008]. Disponible en Internet: Sistema progresivo para aceite o grasa, por perdida de lubricante Aplicaciones: Máquinas de impresión, plantas embotelladoras, maquinaria de construcción, maquinaria industrial, prensas, instalaciones de energía eólica, entre otros. Principio: Estos sistemas reparten aceite o grasa de hasta grado NLGI 2 en operaciones intermitentes, con posibilidad de instalar supervisión central. El lubricante impulsado por la bomba es conducido hacia los distribuidores progresivos, que dividen la cantidad de lubricante según la dimensión de la recámara del pistón y en función de la cantidad de salidas de cada distribuidor. Se pueden realizar modificaciones de caudal dependiendo de los puntos de engrase intercambiando las secciones de cada distribuidor. Podemos asegurar la lubricación en todos los puntos, puesto que una salida sólo puede descargar el lubricante cuando lo haya hecho la anterior. Controlando una salida controlamos el sistema. 32

33 en: Componentes: Un sistema progresivo consiste principalmente Una bomba la cual puede ser bomba de pistón, operada neumática o manualmente, o bien bomba eléctrica. Distribuidores progresivos y sistemas de control Racores y material auxiliar para el montaje. Ventajas Sistema versátil de amplia implantación en muy diversos sectores de operación (continuo / intermitente) y adecuación a diferentes lubricantes. Monitorización centralizada del funcionamiento de todos los distribuidores a un bajo coste. Figura8. Sistema progresivo Fuente: Lubricación centralizada por sistema progresivo [en línea]. Barcelona: Lubritec S.A [Consultado 14 de mayo de 2008] Disponible en Internet: 33

34 4.1.4 Sistema progresivo de circulación de aceite o restrictivo. Aplicaciones: Grandes prensas, máquinas para la industria papelera, máquinas de impresión, entre otros. Principio: Utilizado en máquinas o instalaciones que precisen grandes cantidades de aceite para la lubricación e intercambio de calor, necesitando en muchas ocasiones un flujo constante de lubricante. Componentes Bombas de tornillo o engranajes Limitadores de flujo Medidores de caudal Divisores de caudal y / o distribuidores progresivos. Ventajas Ajuste individual del caudal volumétrico. Control en tiempo real y medida del caudal independiente de la viscosidad. Diseño modular y facilidad de combinación. Fácil mantenimiento. Fácil monitorización. 34

35 Figura 9. Sistema progresivo de circulación de aceite. Fuente: Lubricación centralizada por circulación de aceite [en línea]. Barcelona: Lubritec S.A [Consultado 14 de mayo de 2008]. Disponible en Internet: Sistemas de lubricación de circuitos múltiples o multilínea: Sistemas para lubricación hidrostática. Aplicaciones: Guías y cojinetes en máquinas herramientas. Principio: Las bombas de circuito múltiple garantizan un flujo constante de aceite incluso en casos de contrapresiones irregulares. Cada punto de lubricación constituye un circuito independiente de la bomba. El aceite descargado forma una película extremadamente fina de lubricante. La pieza se levanta unos pocos m y literalmente flota a través del lecho de la máquina. La elección de la medida de los huecos de lubricación hace posible que mantenga la presión en el hueco dentro de los límites designados. Se usa un aceite con una viscosidad promedio, con excepción de unas pocas tareas especiales. En el caso del conjunto de cojinetes que están sujetos a una fuerte fluctuación de presión, es posible usar una válvula proporcional para ajustar la presión de admisión a la presión respectiva de un hueco característico. 35

36 Componentes Bombas de engranaje o circuito múltiple. Válvulas de seguridad, distribuidores. Líneas principales y secundarias. Ventajas Cojinetes sin holguras. Movimiento libre de tirones. Corriente de bajo ruido. Libre de desgaste. Figura 10. Sistemas de lubricación de circuitos múltiples Fuente: Sistemas de lubricación de circuitos múltiples [en línea]. Barcelona: Lubritec S.A [Consultado 14 de mayo de 2008]. Disponible en Internet: 36

37 4.1.6 Sistemas de lubricación por cantidades mínimas: Sistemas de lubricación por aire comprimido Aplicaciones: Herramientas neumáticas, cilindros y actuadores, herramientas de corte, unidades de avance, cojinetes, rodamientos, electrodos para soldadura. Otros posibles usos son la lubricación por pulverización sobre el punto o con cepillos: Pulverización con aire (ensamblaje de herramientas). Engrase de pequeñas partes (líneas de producción). Lubricación de cadenas. Principio: Los inyectores de aceite y las microbombas miden y reparten el lubricante. El inyector de aceite es, en principio, una bomba de pistón de accionamiento neumático. La mezcla del aceite con el aire se realiza en el momento de inicio de la circulación del flujo. La cantidad de aceite se ajusta con el casquillo dosificador del inyector. La microbomba puede usarse para una gran cantidad de sistemas de lubricación, como por ejemplo, para pulverizar aceite con aire comprimido. Componentes Inyectores de aceite, depósito. Cuando el sistema requiere pocos puntos de lubricación, es posible combinar varias cabezas inyectoras con un depósito de lubricante central. Ventajas Cantidad óptima para cada punto de lubricación independientemente de la longitud de línea y sección. Suministro de lubricante desde un depósito central, incluso a través de una línea con aceite a presión en el caso de cabezas inyectoras. Los elementos de regulación pueden actuar individualmente o por grupos. Rápidas cadencias de pulsos. Medidas reducidas. Ecológico: No hay aceite en el aire extraído. 37

38 Figura 11. Sistemas de lubricación por aire comprimido Fuente: Sistemas de lubricación por aire comprimido [en línea]. Barcelona: Lubritec S.A [Consultado 14 de mayo de 2008]. Disponible en Internet: Lubricación de cadenas Aplicaciones: La industria del automóvil utiliza tanto cadenas de arrastre como cadenas transportadoras en líneas de pintura, hornos, línea de chapa, montaje, sistemas de transporte, entre otros. La industria alimentaría utiliza cadenas para sistemas de esterilización, mataderos, hornos, transportadores de botellas y envasadoras, entre otros. Las cadenas se usan en multitud de industrias: construcción, madera, rotativas, entre otros. Principio: Para lubricar las cadenas disponemos de varias posibilidades, según los diferentes tipos de cadenas presentes en el mercado. Podemos aplicar el aceite directamente al exterior (sistemas UC), inyectar la grasa dentro de los rodillos de los transportadores con la 38

39 ayuda de un sistema de transporte (sistema GVP) o con un rociado de aerosol directamente a los puntos de lubricación (VECTOLUB). Opcionalmente se puede elegir un sistema de control para monitorizar la cantidad exacta de lubricante, incluso cuando la cadena está en movimiento. Sistemas UC: Una bomba electromagnética de pistón alimenta las toberas de aceleración con aceite, que reparten cantidades exactas directamente en el punto de lubricación. Sistemas GVP: Un detector de proximidad detecta el paso de la cadena y acciona una cabeza de inyección alimentada desde una bomba que lubrica dentro del punto de engrase del rodillo del carro transportador. Vectolub: El lubricante suministrado por una microbomba se mezcla con una corriente de aire a presión en la tobera de proyección. Esto produce micropartículas de aceite que son transportadas por la corriente de aceite al punto de fricción sin la formación de niebla. Ventajas Lubricación automática completa de la cadena sin interrupciones. Cantidades medidas de lubricante. Estudios personalizados de procesos de lubricación. Lubricación precisa y ecológica. 39

40 Figura 12. Lubricación centralizada para cadenas Fuente: Lubricación centralizada para cadenas [en línea]. Barcelona: Lubritec S.A [Consultado 14 de mayo 2008]. Disponible en Internet: 40

41 5. OPCIONES Para la selección del sistema automático de lubricación que se diseño para SIDOC S.A. se realizo un estudio de los requerimientos que se tenían en las cuatro partes de la maquina de colado continuo, y se encontró que se debían implementar sistemas de diferente tipo, es decir, que se requerían sistemas de circulación de aceite, sistema de lubricación de aceite por perdida y de lubricación con grasa por perdida. Para los sistemas que son lubricados con grasa se quiso utilizar un sistema de lubricación centralizada de tipo progresivo ya que la lubricación que posee las bisagras de los brazos de la cizalla y compactadora de chatarra, Harris BSH-723 de la misma empresa, es de este mismo tipo y el funcionamiento que ha tenido desde su instalación a cumplido con las expectativas para una lubricación optima que es el resultado que se quería. 5.1 SISTEMA DE LUBRICACION CON GRASA POR PÉRDIDA. Las partes de la Maquina de Colado Continuo, que el lubricante que se utiliza para la lubricación de sus superficies móviles es grasa son el grupo de arrastre y las mesas de oscilación. La necesidad que se tenía era lubricar de forma automática los rodamientos de los rodillos que conformaban el grupo de arrastre, y las rotulas de las mesas de oscilación de la Maquina de Colado Continuo Grupo De Arrastre Cantidad De Lubricante Suministrado Para realizar los cálculos de cantidad de grasa requerida, se utilizó la teoría suministrada por el fabricante de los equipos que se montaron donde especificaban las cantidades recomendadas de grasa dependiendo de los siguientes parámetros: o Desgaste de las piezas 41

42 o o Tipos de carga (impacto, continua) Velocidad relativa de movimiento. o Ambiente de trabajo (altas temperaturas, contaminación, humedad, etc.) o Con base en lo anterior se selecciona la película de grasa que se desea mantener para que de este modo se garantice una lubricación óptima. Figura 13. Descripción de la dimensión para los rodamientos axiales. Fuente: Mantenimiento planificado, [en línea] Barcelona: MP Software, [Consultado el 11 de abril de 2008]. Disponible en Internet: nual%20skf%20grasa.pdf Los rodamientos utilizados en los rodillos del grupo de arrastre son 3316 y de TAG. Tabla 2. Cálculos de la cantidad de lubricante. n n dimensiones rodamiento D (mm) B (mm) , De acuerdo a las especificaciones técnicas del fabricante de los rodamientos se obtuvieron las dimensiones de estos, con estas 42

43 medidas se calculo la cantidad de lubricante necesario para cada rodamiento y así sacar el consumo de los 24 rodamientos. Este consumo es de gr / semana, comparándolo con el consumo que se estaba teniendo en la forma manual que era de gr / semana. Por la necesidad de la máquina y por las razones mencionadas anteriormente se decidió instalar un sistema de lubricación centralizado tipo progresivo de grasa por perdida, controlado con PLC (control lógico programable), ya que es el único que garantiza la lubricación en todos los puntos del sistema y se detecta cualquier falla de forma inmediata, además de ser un sistema robusto y confiable para la aplicación en la cual se va a montar, ya que el ambiente de trabajo es bastante contaminado, pues hay presencia de humedad, polvo y soporta grandes cargas. Para este tipo de sistemas se pueden realizar diferentes combinaciones de elementos y de este modo suplir las necesidades. Así mismo hay una gran variedad de accesorios y elementos de protección y control, que sirven como complemento a todas las funciones que tiene este tipo de sistemas, pues de este modo se diseñan sistemas más confiables y seguros. Para el grupo de arrastre por conjunto de rodillos, se tienen siete puntos que se desean lubricar de forma automática, de los cuales cuatro puntos son los rodamientos de los rodillos tanto superior como inferior en los que se están presentando los problemas de lubricación de forma mas critica, los otros tres puntos son dos bujes y una bisagra que son del soporte del rodillo superior. De acuerdo a esto se presento a la empresa dos propuestas dependiendo el número de puntos que se querían involucrar en la lubricación automática. A continuación se muestra las dos opciones planteadas a la empresa: Sistema para los cuatro puntos más críticos. 43

44 Figura 14. Esquema opción No. 1 para grupo de arrastre. La opción No. 1 para el grupo de arrastre esta conformada por: o o o o o Bomba neumática. Filtro de Grasa. Válvula de cierre alta presión. Válvula progresiva MSP-3 Válvula progresiva MD-4 Como se muestra en el esquema, la grasa es bombeada hasta las válvulas master que poseen tres salidas. De cada una de las salidas de estas válvulas sale una línea (tubería) que va válvula secundaria de cuatro salidas, la cual repartirá la grasa para así llevarla a cada punto que se desea lubricar. Las válvulas que están ubicadas antes 44

45 de las válvulas master son las válvulas de control, tienen como función independizar las dos líneas de producción, es decir, que si las dos líneas están en funcionamiento las válvulas de control están abiertas o si alguna de las dos líneas esta parada la válvula de control correspondiente a la línea estará cerrada, esta fue la opción elegida para el montaje. Sistema para los siete puntos del grupo de arrastre. Figura 15. Esquema Opción No. 2 para grupo de arrastre Esta opción esta conformada por:. o o o o o Bomba neumática. Filtro de Grasa. Válvula de cierre alta presión. Válvula progresiva MSP-3 Válvula progresiva MD-3 45

46 Para la opción No. 2, el número de válvulas progresivas aumenta como se puede observar en el esquema esto se debe a que los puntos a lubricar son más, por lo tanto el costo del sistema es mayor. El funcionamiento es el mismo que el de la opción No. 1, con la diferencia en el conjunto de válvulas secundarias, que ya no son de cuatro salidas sino de cinco salidas, estas cubrirán los cuatro rodamientos de los rodillos y una quinta salida que va hacia otra válvula progresiva que llevara la grasa a los tres puntos del soporte del rodillo superior. Sistema de control por plc para el sistema de lubricación centralizada. El sistema de control que se instalo esta diseñado para la detección de falla del sistema de lubricación, nivel del deposito de grasa, el correcto funcionamiento de las válvulas master, las selección de las líneas en operación y la reprogramación del periodo de lubricación. La señal que detecta una falla por taponamiento es la que manda un sensor de alta presión el cual al censar un aumento exagerado en la presión este manda la señal. El correcto funcionamiento de las válvulas master lo controla un sensor de ciclos, esta estará monitoreando que la válvula este cumpliendo con su ciclo normal. El nivel del depósito lo indicara un sensor de nivel para así darse cuenta que la grasa se esta agotando y que se debe de llenar el deposito Mesas De Oscilación Cantidad De Lubricante Suministrado. El calculo de la cantidad de grasa se realizo de la misma forma que la del grupo de arrastre, con la diferencia que para este caso las piezas móviles son rotulas y no rodamientos. El diseño del sistema de lubricación automática para las mesas de oscilación es del mismo tipo de lubricación centralizada de tipo progresivo, aquí se tienen diez puntos a lubricar por cada mesa. Sistema De Lubricación Para Las Mesas De Oscilación. 46

47 Figura 16. Esquema de las mesas de oscilación La grasa es succionada por una bomba neumática para mandarla hasta las válvulas progresivas distribuidoras, en este caso no hay válvulas master porque las distancias entre los puntos a lubricar son pequeñas entonces se logra abarcar a todos con una sola válvula progresiva, a partir de esta válvula se le repartirá la grasa a cada punto. En este diseño también se le coloco válvula de control que cumplirá con la misma función que desempeña en el grupo de arrastre. Elementos Utilizados En El Montaje Válvula Progresiva Trabon por Lubriquip Ventajas de la válvula progresiva: o o Monitoreo preciso y retroalimentación inmediata Instalación y operación simple. o Posee O-ring que previene el goteo, disminuyendo el mantenimiento. o Diseño modular para flexibilidad de aplicaciones 47

48 o La resistencia a la corrosión es buena por los materiales en las que están fabricadas. o Para aplicaciones con grasa o aceite hasta 3500 PSI de presión. o Lubrica hasta 16 puntos Partes que conforman la válvula progresiva: - (1) Sección de la válvula con pistón. - (2) Bloque traseros con salida de grasa. - (3) Bloque de entrada. - (4) Sección de cierre. - (5) Bloque para actuadores y accesorios de control. Figura 17. Partes Válvula progresiva Fuente: Modular divider Valve: Product specs and ordering Bulletin [en línea] Cleveland: Trabon Lubriquip, p.2. [Consultado 8 de julio de 2008]. Disponible en Internet: 48

49 El funcionamiento básico de la válvula progresiva: estas válvulas no tienen ninguna posición de comienzo ni final. Se puede comparar como un motor de combustión interna, en el cual los pistones se encienden uno tras otro siempre cuando haya un combustible y una chispa que lo inicie. Los tres o más émbolos (hasta 8 émbolos por conjunto de ensamble) de la válvula progresiva se mueven hacia adelante y atrás en un ciclo continuo, forzando el lubricante a salir en forma sucesiva siempre y cuando se le suministre bajo presión dicho lubricante. La línea de entrada (línea central marcada en rojo) conecta todas las cámaras de los émbolos a la vez, pero solo uno es libre de poder moverse. Tomando el ciclo cuando todos los pistones (A, B y C) están en el lado derecho, del extremo de su carrera, encontramos que el lubricante de la línea de entrada conecta con el lado izquierdo de los émbolos B y C y con el lado derecho del émbolo A. Aplicando presión en la línea de entrada se mantiene bloqueado los émbolos B y C en el lado derecho, mientras se mueve el émbolo A de la derecha a la izquierda (ver figura posición 1) forzando, de esta manera al volumen del lubricante determinado a fluir a través de la línea marcada en azul y descargar este al punto de engrase conectado en la salida No 1. Figura 18. Posición 1 de la válvula progresiva Fuente: Valve Position 1. Operation Of Series Progressive Divider Valves Trabon Lubriquip. [en línea]. Cleveland: Trabon Lubriquip, 2004 [Consultado 8 de julio de 2008]. Disponible en Internet: 49