Comprensión del desgaste mecánico
Definición: ¿Qué es el desgaste mecánico?
Desgaste mecánico El desgaste es la eliminación progresiva de material de superficies sólidas mediante acción mecánica cuando estas se encuentran en movimiento relativo bajo carga. En maquinaria rotativa, el desgaste afecta a cojinetes, engranajes, juntas, acoplamientos y cualquier componente con contacto deslizante o rodante. A diferencia de las fallas repentinas por fatiga o fractura, el desgaste es un proceso de degradación gradual que aumenta las holguras, reduce la precisión dimensional y modifica las características superficiales con el tiempo.
Comprender los mecanismos de desgaste es fundamental para la fiabilidad de la maquinaria, ya que el desgaste es inevitable en todos los sistemas mecánicos con piezas móviles. Si bien no se puede eliminar por completo, un diseño, una lubricación, una selección de materiales y unas prácticas de mantenimiento adecuadas pueden minimizar las tasas de desgaste y maximizar la vida útil de los componentes.
Mecanismos de desgaste primarios
1. Desgaste abrasivo
El mecanismo de desgaste más común en la maquinaria industrial:
- Abrasión de dos cuerpos: Las partículas duras fijadas en una superficie raspan la superficie opuesta (como el papel de lija).
- Abrasión de tres cuerpos: Las partículas sueltas entre las superficies actúan como medio de molienda.
- Apariencia: Superficies lisas y pulidas con arañazos direccionales
- Tasa: Proporcional a la dureza de las partículas, la carga y la distancia de deslizamiento
- Común en: Aspectos, engranajes, sellos expuestos a la contaminación
2. Desgaste adhesivo (agarre/desgaste)
Se produce cuando se rompe la película lubricante:
- Mecanismo: El contacto directo metal con metal crea soldaduras microscópicas.
- Proceso: Las uniones soldadas se desgarran, transfiriendo material entre superficies
- Apariencia: Superficies ásperas y rasgadas; material manchado o transferido.
- Progresión: Puede agravarse rápidamente una vez iniciada (catastrófica en casos graves).
- Prevención: Lubricación adecuada, aditivos EP (extrema presión), tratamientos superficiales
3. Desgaste erosivo
Eliminación de material mediante flujo de fluido con partículas en suspensión:
- Causa: Partículas abrasivas transportadas por líquido o gas a alta velocidad
- Común en: impulsores de bombas, asientos de válvulas, codos de tuberías
- Apariencia: Superficies erosionadas suavemente, pérdida de material en la dirección del flujo
- Tasa: Proporcional a la velocidad de las partículas, la dureza y la concentración
4. Desgaste corrosivo
Ataque químico combinado con acción mecánica:
- La corrosión forma una capa de óxido u otro compuesto en la superficie.
- La acción mecánica elimina la capa, dejando al descubierto metal nuevo.
- La corrosión continúa en la superficie recién expuesta.
- Efecto sinérgico: la tasa de desgaste es mayor que la de cualquiera de los mecanismos por separado.
- Común en entornos químicamente agresivos
5. Desgaste por fricción
Se produce en interfaces aparentemente estacionarias:
- Mecanismo: Movimiento oscilatorio de pequeña amplitud (micrómetros) entre superficies presionadas entre sí
- Resultado: Formación de residuos de óxido, picaduras superficiales, aflojamiento final
- Apariencia: Polvo de color marrón rojizo (óxido de hierro) o negro; picaduras superficiales
- Común en: Ajustes a presión, uniones atornilladas, ajustes por contracción que experimentan vibración
- Prevención: Aumentar la interferencia, reducir la vibración, tratamientos superficiales
6. Erosión por cavitación
- El colapso de las burbujas de vapor crea intensas presiones locales.
- Elimina material mediante cargas de choque repetidas.
- Común en impulsores y válvulas de bombas
- apariencia distintiva con hoyuelos
Factores que afectan la tasa de desgaste
Condiciones de funcionamiento
- Carga: Las cargas más elevadas aumentan la tasa de desgaste (a menudo con una relación lineal).
- Velocidad: La distancia de deslizamiento por unidad de tiempo afecta al desgaste
- Temperatura: Las temperaturas más elevadas aceleran la mayoría de los mecanismos de desgaste
- Lubricación: Una lubricación adecuada reduce drásticamente el desgaste.
Propiedades del material
- Dureza: Los materiales más duros resisten mejor el desgaste abrasivo.
- Tenacidad: Resiste el desgaste adhesivo y los impactos
- Compatibilidad: Los materiales diferentes se desgastan menos que los materiales idénticos.
- Acabado de la superficie: Las superficies más lisas suelen desgastarse más lentamente (menor fricción).
Factores ambientales
- Nivel de contaminación (polvo, partículas)
- Humedad y agentes corrosivos
- temperaturas extremas
- Presencia de materiales de proceso abrasivos o corrosivos
Detección de desgaste
Monitoreo de vibraciones
- Incremento gradual: En general vibración Los niveles aumentan lentamente a lo largo de meses/años
- Contenido de alta frecuencia: Aumento de la vibración de banda ancha debido a la rugosidad de la superficie
- Efectos de la limpieza: Múltiple armonía del aumento del juego
- Específico del componente: Frecuencias de rodamientos para el desgaste de los cojinetes; frecuencia de engrane de engranajes para el desgaste del equipo
Análisis de aceite
- Conteo de partículas: El aumento de la concentración de partículas indica desgaste activo
- Análisis espectrográfico: La composición elemental identifica las fuentes de desgaste (hierro de los engranajes, cobre de los cojinetes, etc.).
- Ferrografía: La morfología de las partículas permite distinguir los tipos de desgaste (corte, fricción, fatiga).
- Tendencias: La tasa de aumento indica la gravedad del desgaste.
Medición dimensional
- Medidas de holgura (juego de cojinetes, juego de engranajes)
- Medidas del diámetro del eje en los muñones de los cojinetes
- Medición del espesor de los dientes del engranaje
- Comparar con las nuevas dimensiones y límites de desgaste
Monitoreo de temperatura
- El aumento de la fricción por desgaste eleva la temperatura
- Tendencia de la temperatura de los rodamientos o engranajes
- Los cambios repentinos indican una transición a un desgaste severo
Prevención y control
Lubricación
- Método más eficaz para prevenir el desgaste
- Separe las superficies con una película lubricante.
- Utilice la viscosidad correcta para las condiciones
- Mantener la limpieza
- Reemplazo regular del lubricante
Control de la contaminación
- Sellado eficaz para excluir partículas abrasivas
- Filtración en sistemas de lubricación circulante
- Prácticas limpias de montaje y mantenimiento
- Protección ambiental (recintos, cubiertas)
Selección de materiales
- Utilice materiales resistentes al desgaste para aplicaciones de alto desgaste.
- Tratamientos superficiales (endurecimiento, recubrimientos, nitruración)
- Compatibilidad de materiales (evitar materiales idénticos en contacto deslizante)
- Superficies de desgaste de sacrificio que son fácilmente reemplazables
Optimización del diseño
- Minimizar las presiones de contacto mediante un área adecuada
- Reducir el deslizamiento (utilizar el contacto rodante cuando sea posible)
- Optimizar el acabado de la superficie
- Proporcionar una lubricación adecuada a las superficies de desgaste
El desgaste mecánico es inevitable en toda maquinaria con piezas móviles, pero su ritmo puede controlarse mediante una lubricación adecuada, el control de la contaminación, el uso de materiales apropiados y un buen diseño. El seguimiento de la progresión del desgaste mediante análisis de vibraciones, análisis de aceite y mediciones dimensionales permite implementar estrategias de mantenimiento predictivo que sustituyen los componentes desgastados antes de que fallen, optimizando así la fiabilidad del equipo y los costes de mantenimiento.
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