Problemas de Espuma en el Aceite

 En la búsqueda para mejorar la productividad una estrategia es incrementar la capacidad de las líneas de producción. Para lograr esto, una de las tendencias es la modificación o reconstrucción de trenes de maquinaria que son equipados con nuevos controles, sensores, motores y dispositivos en general, a fin de incrementar su velocidad y por ende su capacidad de producción. Algunos componentes de transmisión de potencia son olvidados durante estas renovaciones, especialmente en procesos continuos como el del papel, las películas plásticas, productos laminados, y en general donde la modificación implica el incremento de las velocidades en los equipos conducidos.

Uno de esos componentes olvidados, es la caja de engranes. Los argumentos para no cambiar las cajas de engranes durante la reconstrucción son muy diversos, ente ellos encontramos los siguientes:

“El costo de reemplazarla es demasiado elevado" “Su cambio implica modificaciones mayores" “El factor de seguridad de diseño, permite que le incrementemos la velocidad” “Con cambiarle los engranes es suficiente”

Aunque en muchos casos estos cambios e incrementos de velocidad tienen efectos menores en la confiabilidad, en más de una ocasión nos hemos encontrado con reductores que en lugar de aceite parecen tener en el interior un refresco de cola como lubricante: por su color obscuro y abundante espuma.

El incremento de velocidad junto con el cambio de relación de los engranes es una práctica más común de lo deseable. En algunas ocasiones para no hacer modificaciones mayores, se opta por colocar un motor con el mismo armazón pero con mayor velocidad y por consecuencia mayor potencia (por ejemplo, un motor con armazón 284 T entrega 15 HP a 1180 rpm y 25 HP a 1760 rpm), y aumentar la relación de la caja de engranes para obtener una relación torque/velocidad más óptima hacia el componente conducido.

El resultado del incremento en la velocidad de entrada, más el aumento en diámetro de algunos engranes aumentan el salpique y la agitación (batido) dando lugar, en la mayoría de las ocasiones, a espumación del aceite. En otras ocasiones donde solo se existe una de estas modificaciones, el riesgo de espumación aumenta y es necesario controlar de cerca aquellos factores que dan lugar a esta condición (contaminación del aceite, nivel óptimo de lubricante, etc.).

Los Efectos Nocivos de la Espuma
La espuma en un aceite indica que éste, contiene al menos 30% de aire atrapado. Este aire atrapado en el aceite tiene serias consecuencias, tanto para el aceite como para la maquinaria. De estas consecuencias, las más severas son:

Oxidación del aceite Degradación térmica del lubricante Reducción en la capacidad de transferencia de calor Afectación del suministro de aceite Cavitación

Oxidación del aceite: en las burbujas de aire existe una gran cantidad de oxígeno disponible y dado que la interfase aire-aceite tiene una amplia superficie disponible para la reacción, ocurre la degradación prematura del aceite, especialmente en la presencia de calor y humedad.

Degradación térmica del lubricante: teniendo como principal mecanismo la compresión adiabática que genera altas temperaturas locales y da lugar a productos de degradación como barnices y lodos.

Reducción en la capacidad de transferencia de calor: el aire es un mal conductor de calor y al estar dentro del aceite reduce la capacidad de transferencia de calor de este último. Adicionalmente la pérdida de movilidad del aceite debido a la espuma reduce el factor de transferencia de calor por convección del aceite.

Afectación del suministro de aceite: el aceite con espuma tarda más en fluir de las paredes de la caja de engranes hacia los puntos de lubricación. Adicionalmente al tener aire atrapado la cantidad de aceite que se tiene en el punto de lubricación es probablemente menor. La variación del nivel de aceite del equipo en operación puede conducir a una menor cantidad de aceite dentro del depósito.

Cavitación: cuando el aire es sujeto a presión súbitamente (como en el contacto entre engranes y entre las superficies de los rodamientos), micro-chorros de aceite altamente destructivos pueden colisionar con las superficies de la maquinaria a velocidades extremadamente altas. El resultado es la erosión progresiva de la superficie de los engranes.

Síntomas
Dado que las cajas de engranaje son equipos cerrados y los niveles de aceite normalmente bajos, en ocasiones es difícil ver la espuma en el exterior. La inspección directa a través de un registro (tapa de inspección) es la manera más sencilla de detectar la espuma, pero es la menos recomendable por ser peligrosa. Recuerde que el aceite caliente es salpicado por los engranes.

La apariencia nebulosa del aceite en la mirilla, erosión de las superficies de contacto de engranes y rodamientos, derrames por respiraderos o puertos de la varilla de nivel (Figura 1), variaciones excesivas de nivel al encender/apagar el equipo, dificultad para controlar el nivel de aceite en el equipo y degradación prematura del aceite pueden ser indicaciones de espumación del aceite dentro del reductor.

Las Consecuencias y las Posibles Soluciones

Engranes dañados y rodamientos fatigados prematuramente, aceite degrado al poco tiempo, son las consecuencias típicas de la espumación del aceite en un caja de engranajes. La solución de estos problemas producto de decisiones tomadas con buena intención pero poca información es difícil. Tres posibles alternativas surgen ante esta situación:

Uso de un aceite de mejores características anti-espuma Modificación del reductor para ser lubricado por circulación de aceite (lubricación de aceite) y cárter seco Cambio del reductor a uno del diseño apropiado

Aceite con mejores características anti-espuma: es la opción más usada y normalmente la más económica, lamentablemente rara vez es efectiva en estos casos. El cuidado y monitoreo de la salud del aceite (aditivos anti-espumantes y contaminantes que contribuyen a la espumación) deben ser parte de la solución. Análisis periódico de aceite, así como cambios o reacondicionamiento periódico del mismo son las estrategias típicas que van en conjunto con el aceite de mejores características anti-espumantes.

Sistema de lubricación forzada con cárter seco: Normalmente no se justifica para cajas de engranes pequeñas, pero en las de mediano y gran tamaño es una la opción normalmente adoptada. El diseño del sistema debe permitir la residencia suficiente del aceite en el tanque para su de-aeración y enfriamiento. El análisis y reacondicionamiento del aceite son altamente recomendados. Por lo general la temperatura de operación del equipo suele disminuir.

Cambio del reductor: por lo general es la más costosa de todas, y en contadas ocasiones se realiza. Es normalmente el último recurso, después de agotar una o las dos opciones anteriores. Típicamente utilizada en reductores de tamaño pequeño.

Conclusiones

Las cajas de engranajes en maquinaria re-potenciada pueden ser susceptibles a la espumación • Inspeccione e identifique los síntomas de la espuma en el aceite Las cajas de engranajes (y cualquier otro equipo) con espumación tienen una confiabilidad pobre, un desgaste prematuro, y una corta vida del lubricante Evite la espuma en su caja de engranajes; esto le traerá ahorros y beneficios económicos y aumentará la confiabilidad Recurra a los expertos; ellos le podrán orientar con mayor precisión para identificar y en caso afirmativo, resolver su problema de espumación. "Los problemas de entrada de aire, se incrementan a medida que los diseñadores de sistemas incrementan la presión y flujo del fluido, con un muy pequeño o sin incremento en la capacidad de los tanques. En sistemas de control de alta presión, la entrada de aire ocasiona la compresión del fluido y que los movimientos sean erráticos o imprecisos. La precisión del control, se pierde entonces. En sistemas lubricantes de alta presión, las burbujas de aire causan que la película lubricante se adelgace y permita el contacto de metal con metal, conduciendo entonces a desgaste y vibración de la flecha. La espuma crea problemas en sistemas tanto de alta como de baja presión y se define como una aglomeración de burbujas de aire, empaquetadas muy juntas, rodeadas con una película relativamente delgada de aceite, que se acumulan en la superficie del aceite. En sistemas de alta presión, la espuma no puede ser tolerada, porque hace imposibles los movimientos precisos. La espuma en sistemas de baja presión, a pesar de que no interfiere con la operación, puede resultar en un sobrellenado y probable derrame de los depósitos. La espuma, también puede causar que el aire se atrape en los puntos altos de las líneas, si es que la espuma entra en las líneas de retorno. La espuma que entra en las bombas, puede causar ruido, desgaste, cavitación y descarga errática."

Referencias: http://www.machinerylubrication.com/sp/problemas_espumacion_maquinaria.asp

Ashley Mayer, Noria Corporation, "What the Tests Tell Us". Practicing Oil Analysis Magazine. May 2006 Ashley Mayer, Noria Corporation, "The Phantoms of the Sample". Practicing Oil Analysis Magazine. March 2008 Jim Fitch, "The Perils of Aerated Oil - Let Your Machine Burp". Practicing Oil Analysis Magazine. January 2005 Jim Fitch, “Ten Things You Probably Didn't Know About Air Contamination”. Practicing Oil Analysis Magazine.