Diseño de sistemas Scada para sistemas oleohidraulicos – Perú

Introducción

La tecnología avanza rápidamente obligando a las empresas a unirse a este cambio, debido a que su utilización simplifica el trabajo, reduce costos, obteniendo un trabajo más preciso con un mejor acabado y un menor costo.

Los sistemas SCADA en la actualidad constituyen una de las herramientas tecnológicas más utilizadas a nivel mundial, gracias a su información en tiempo real del estado y funcionamiento de equipos y/o sistemas instalados en la planta y/o maquinaria optimizando las respuestas a los problemas que pueda tener el proceso.

Los equipos de servicios de pozos petroleros son máquinas mecánicas, hidráulicas y neumáticas, dedicadas al servicio de mantenimiento de pozos petroleros, este estudio se centra en el área de la hidráulica por ser una de las áreas de mayor problemas para los mecánicos – operadores.

Se desea reducir al máximo el gasto económico, paradas no deseadas y generar un óptimo trabajo de los equipos realizando un diseño que se pueda implementar tanto en grandes como en pequeñas empresas, que sea de fácil manejo para el operador y en caso de presentarse alguna avería o emergencia pueda actuar correctamente.

Nuestro objetivo principal será diseñar un software de mantenimiento para mejorar la calidad en sistemas hidráulicos de los equipos de servicio de Pozos Petroleros, con el cual se podrá mejorar la calidad en los sistemas hidráulicos, dando un mejor beneficio económico para la empresa y mayor seguridad en el trabajo para el personal.

El problema de investigación

• DESCRIPCION.

Los equipos de servicios de pozos petroleros son máquinas destinadas al servicio de Pulling o Walk Ower, ya sea: de limpieza, cambio e instalación de tuberías en los diferentes lotes de producción de petróleo.

Los equipos de servicio de pozos, presenta problemas en lo que respecta al mantenimiento que se realiza a sus componentes hidráulicos como; bomba hidráulica, mandos hidráulicos, pistones de doble efecto y telescópicos, winches hidráulicos, motores hidráulicos, válvulas; donde muchas veces se ve en la necesidad de hacer una parada de emergencia debido a fallas en el sistema hidráulico, produciendo pérdida de tiempo de trabajo, pérdida económica ya que mientras se hace el mantenimiento respectivo el personal no realiza ninguna otra actividad produciendo tiempos ocios; y si los problemas persistieran puede perderse incluso el contrato que actualmente tiene con la concesionaria y en particular porque podría causar un accidente donde se pondría en riesgo al trabajador y a los equipos de servicio de pozos.

Generalmente el mantenimiento se realiza cuando existe alguna falla en el equipo, este ha sido totalmente manual y basado en la experiencia del mecánico operador; teniendo la necesidad de regresarlo al campamento que muchas veces se encuentra en sitios alejados o de difícil acceso, para la respectiva corrección de la falla lo cual genera pérdidas a la empresa.

Hoy en día la tecnología avanza rápidamente; dándonos pase a mejoras e innovaciones que nos ayudan en el mantenimiento industrial; por tal motivo se propone diseñar un software de mantenimiento basado en la instrumentación industrial y en los sistemas de adquisición y control de datos (SCADA) para disminuir las perdidas por parada de los equipo de servicio.

• FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.

¿De qué manera se mejora la calidad en el sistema oleohidráulico mediante el diseño del software de mantenimiento para los equipos de servicio de pozos petroleros?

Justificación, importancia y beneficiarios de la investigación

El área de mantenimiento en cualquier empresa es donde menos apoyo se le da debido a que produce un gasto económico que en algunos casos no está contemplado en el plan de trabajo que se tiene. La tecnología actualmente está obligando a las empresas a unirse a este cambio, debido a que su utilización simplifica el trabajo, reduce costos, obteniendo un trabajo más preciso con un mejor acabado y un menor costo.

Los sistemas SCADA en la actualidad constituyen una de las herramientas tecnológicas más utilizadas a nivel mundial, gracias a su información en tiempo real del estado y funcionamiento de equipos y/o sistemas instalados en la planta y/o maquinaria optimizando las respuestas a los problemas que pueda tener el proceso.

Este estudio tiene la finalidad de reducir al máximo el gasto económico, paradas no deseadas y generar un óptimo trabajo de los equipos realizando un diseño que se pueda implementar tanto en grandes como en pequeñas empresas, que sea de fácil manejo para el operador ,y en caso de presentarse alguna avería o emergencia pueda actuar correctamente.

• OBJETIVOS.

• OBJETIVO GENERAL.

Diseñar el software de mantenimiento para mejorar la calidad en sistemas oleohidráulicos de los equipos de servicio de Pozos Petroleros"

• OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

• Analizar y determinar los problemas del sistema hidráulico de los Equipos de servicio de Pozo.

• Analizar y seleccionar la instrumentación industrial para el sistema hidráulico de los Equipos de servicio de Pozo.

• Diseñar el programa de mantenimiento mediante el software SCADA para el sistema hidráulico de los Equipos de servicio de Pozo.

Marco teórico

• ANTECEDENTES DE INVESTIGACIÓN.

Según Hernández (2010), desarrollo un sistema SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) para la medición de voltajes con Sistemas Embebidos para el laboratorio de Mecatrónica de la Facultad de Mecánica. Con la finalidad de supervisar, controlar y adquirir datos de voltaje se elaboró una guía de prácticas con ejemplos de aplicaciones, procediendo al análisis de cada uno de los manuales para conocer el principio de funcionamiento, montaje, cableado y programación del sistema.

Este sistema consta del hardware embebido de control y adquisición de datos NI cRIO9074 que posee ocho módulos conectables de entradas y salidas, con su respectivo software el cual se utilizó para establecer la comunicación con la computadora. La supervisión y control se realizó mediante el software LabVIEW que permitió elaborar el interfaz hombre-máquina (HMI) para operar los elementos de campo.

Como resultado de los ejemplos de aplicación, basados en control PWM, control PID y control Fuzzy Logic; se pudo entender el principio de funcionamiento, la configuración, la programación y operación del sistema. Se pudo comprobar los beneficios del hardware CompactRIO, se adquirió mayores conocimientos del software LabVIEW y se implementó un equipo de alta tecnología para prácticas estudiantiles en el laboratorio de Mecatrónica.

Se puede concluir que este sistema permite monitorear, controlar y registrar de una manera rápida, en tiempo real e histórico los parámetros principales de los ejemplos de aplicación, con lo que se puede automatizar procesos industriales aplicando nuevas tecnologías. Se recomienda al estudiante leer la guía de laboratorio para realizar las prácticas.

Según Flores (2004), El control de limpieza para un fluido hidráulico es un programa amplio de control del desgaste que se recomienda para las actividades de mantenimiento y de operación que se relacionan con el desgaste ocasionado por contaminación.

El control de limpieza se enfoca, primero, en establecer los estándares de limpieza del fluido hidráulico para proteger a los componentes sensibles del sistema, de las partículas del tamaño de las holguras dinámicas. Por lo tanto, el control de limpieza define cómo aplicar la tecnología de filtración para lograr los objetivos en el sistema, utilizando los análisis de aceite con el conocimiento científico y técnico adecuados para saber cómo interpretarlos y un monitoreo de los resultados.

Algunas de las variables que determinan la limpieza que se debe mantener en un sistema hidráulico, incluye:

• Condiciones del ingreso de contaminación.

• Presión de operación en los ciclos de trabajo.

• Tipo de fluido hidráulico

• Sensibilidad de los componentes.

• Expectativas de vida de los componentes.

• Costo de los componentes.

• Costo de los tiempos muertos del equipo.

• Seguridad.

• Tecnología disponible de filtración.

Según Negrón (2006), el diseño del sistema de monitoreo de medición de flujo a nivel local y remota, incluye el suministro e instalación del equipamiento completo desde los equipos de campo, transmisión de datos hasta la sala de control (oficina plantas ventas Piura).

Este diseño del sistema incluye el suministro e instalación de los medidores de flujo de desplazamiento positivo, en las líneas de succión de las electrobombas así como accesorios para la protección de este equipo como son los filtros y de registradores electrónicos o totalizadores, para el monitoreo local. Así mismo de sensores de temperatura (RTD-PT100) para realizar la corrección del volumen o flujo total.

Estos se realizará con un PLC que se instalará en la casa de fuerza en un tablero eléctrico y donde le llevaran las señales provenientes del medidor de flujo y de los RTDs para el monitoreo remoto con la PC y para aplicaciones futuras como el control automático del arranque y parada de la electro bomba y las mediciones de nivel en los tanques de almacenamiento.

Se han elaborado las especificaciones técnicas de todos los equipos a ser suministrado para el diseño del sistema propuesto.

Los instrumentos de medición propuestos cuentan con el grado de protección necesario para ser instalados en las condiciones del proceso materia del presente proyecto.

LA UNIDAD DE SERVICIO DE POZOS.

Un equipo de servicio de pozos está formado por: el personal, sus herramientas de Control, elevadoras, llaves, etc. Y el equipo adicional como bomba planta de luz, power swivel, etc.

Las unidades de servicio de pozos pueden ser, dependiendo del trabajo que ejecutan:

• De reacondicionamiento y completación.

• De servicios de producción.

• Auxiliares.

• Clases y tipos de unidades

Existen unidades de muchas marcas para todo tipo de necesidades en la industria del petróleo, ejemplo de ello.

• Unidades con castillo: para pozos profundos(+8000´)

• Unidades con mástil: para pozos medianos y superficiales.

• Unidades montadas sobre tráiler.

• Unidades montadas sobre camión fijo.

• Unidades que se cuadran de retroceso.

• Unidades que se cuadran de frente.

• Unidades de uno o dos tambores.

• Unidades cuyo castillo trabaja inclinado, etc.

Inclusive, hay lugares donde a pesar de su mayor costo, el equipo de perforación hace las veces de equipo de servicio de pozos.

• SELECCIÓN DE UNIDADES.

Las unidades se escogen por su capacidad de trabajo a la profundidad que sea necesarias.

La capacidad de la unidad está dada por la longitud de tubing de 2 -7/8" con que pueden, operar satisfactoriamente y está relacionada por los siguientes factores.

• 1. Capacidad de carga del mástil o castillo.

• 2. Capacidad de frenada

• 3. Potencia

• Capacidad de carga del castillo o mástil

Cada castillo y cada mástil tienen su capacidad máxima dada por sus fabricantes.

ESPECIFICACIONES PARA MÁSTILES UNITARIOS

Capacidades de castillo. Tabla 1.5.

• Capacidad de frenada

La velocidad a la que los tubos pueden ser bajados en el hueco depende de la efectividad del freno.

Los frenos producen calor, es por eso que el freno debe ser lo suficientemente grande o estar más refrigerado cuando se trabaja a mayor profundidad.

• Potencia

La potencia o caballaje del motor determina la velocidad a la que los tubos pueden ser sacados del pozo. Depende de las relaciones de engranajes, convertidor de torque y de diámetro del tambor del winche.

Mientras más vacío esté el tambor, el winche desarrollará mayor potencia.

Los tres factores mencionados: la capacidad de frenada representada por el winche, capacidad del mástil representada por el mástil o castillo y potencia representada por el motor, se combinan sobre camiones y plataformas para dar lugar a la gran variedad de unidades de servicio de pozos.

Potencia del equipo. Tabla 2.5.

• COMPONENTES HIDRÁULICOS DEL EQUIPO DE SERVICIO.

FRANKS EXPLORER III

• Marca: Franks Cabot

• RIG Serie: 300

• Modelo: C3-341-284

• Año: 1975

• Mástil: 96´SQ.-215,000#

• Capacidad: WS. 2 7/8" DP=12 000´

ROD ¾" x 25´x 3 = 15 600´

Componentes hidráulicos. Tabla 3.5.

• SISTEMAS HIDRÁULICOS.

Según Duque (2007), La hidráulica es la ciencia que forma parte la física y comprende la transmisión y regulación de fuerzas y movimientos por medio de los líquidos. Cuando se escuche la palabra "hidráulica" hay que remarcar el concepto de que es la transformación de la energía, ya sea de mecánica o eléctrica en hidráulica para obtener un beneficio en términos de energía mecánica al finalizar el proceso.

Algunos especialistas que no emplean el agua como medio transmisor de energía, sino que el aceite han establecido los siguientes términos para establecer la distinción: Oleodinámica, Oleohidráulica u Oleólica.

La ventaja que implica la utilización de la energía hidráulica es la posibilidad de transmitir grandes fuerzas, empleando para ello pequeños elementos y la facilidad de poder realizar maniobras de mandos y reglaje. A pesar de estas ventajas hay también ciertos inconvenientes debido al fluido empleado como medio para la transmisión. Esto debido a las grandes presiones que se manejan en el sistema las cuales posibilitan el peligro de accidentes, por esto es preciso cuidar que los empalmes se encuentren perfectamente apretados y estancos.

• Componentes de un sistema hidráulico

Los elementos hidráulicos tienen cada uno una función determinada dentro de todo el sistema, la bomba hidráulica que es parte principal del sistema que transforma la energía mecánica en hidráulica, las diferentes variedades de válvulas, los actuadores como pistones y motores hidráulicos; a continuación se describirá los componentes hidráulicos del equipo de servicio de pozos.

• Bomba hidráulica

La bomba hidráulica convierte la energía mecánica en energía hidráulica. Es un dispositivo que toma energía de una fuente (por ejemplo; un motor de combustión interna, un motor eléctrico, etc.) y la convierte a una forma de energía hidráulica.

La bomba toma aceite de un depósito de almacenamiento y lo envía como un flujo al sistema hidráulico. Todas las bombas producen flujo de aceite de igual forma. Se crea un vacío a la entrada de la bomba. La presión atmosférica, más alta, empuja el aceite a través del conducto de entrada a las cámaras de entrada de la bomba.

Los engranajes de la bomba llevan el aceite a la cámara de salida de la bomba. El volumen de la cámara disminuye a medida que se acerca a la salida. Esta reducción del tamaño de la cámara empuja el aceite a la salida. La bomba sólo produce flujo (por ejemplo, galones por minuto, litros por minuto, centímetros cúbicos por revolución, etc.), que luego es usado por el sistema hidráulico.

La bomba NO produce "presión". La presión se produce por acción de la resistencia al flujo. La resistencia puede producirse a medida que el flujo pasa por las mangueras, orificios, conexiones, cilindros, motores o cualquier elemento del sistema que impida el paso libre del flujo al tanque. Hay dos tipos de bombas: regulables y no regulables.

• Motor hidráulico

El motor hidráulico convierte la energía hidráulica en energía mecánica. El motor hidráulico usa el flujo de aceite enviado por la bomba y lo convierte en un movimiento rotatorio para impulsar otro dispositivo (por ejemplo, mandos finales, diferencial, transmisión, rueda, ventilador, otra bomba, etc.).

• Depósito

Es el lugar donde encontramos el aceite hidráulico que usa el sistema, está conectado directamente a la bomba y al retorno del sistema; su misión es recuperar el fluido después de usarlo y mantener un nivel adecuado al uso de la instalación.

• Acondicionadores del aceite

Son dispositivos que nos permiten mantener el aceite en unas condiciones de limpieza adecuadas al uso de los elementos de la instalación, de tal manera, que alarga la vida de ésta.

• Filtro: Es el encargado de retirar del aceite las partículas sólidas en suspensión (trozos de metal, plásticos, etc.) El aceite puede filtrarse en cualquier punto del sistema. En muchos sistemas hidráulicos, el aceite es filtrado antes de que entre a la válvula de control. Para hacer esto se requiere un filtro más o menos grande que pueda soportar la presión total de la línea.

Colocado el filtro en la línea de retorno tiene también sus ventajas. Unas de las mayores es su habilidad de atrapar materiales que entran al sistema desde los cilindros. El sistema impedirá que entre suciedad a la bomba.

Esto es verdad siempre que no se agreguen materias extrañas al tanque, cualquiera de los dos tipos de filtro en las tuberías debe equiparse con una válvula de derivación.

• Manómetro

Se coloca después de la bomba e indica la presión de trabajo, existen diversos tipos de manómetros pero nos centraremos en los manómetros analógicos.

• Red de distribución

Debe garantizar la presión y velocidad del aceite en todos los puntos de uso. En las instalaciones oleohidráulicas, al contrario de las neumáticas, es necesario un circuito de retomo de fluido, ya que este se vuelve a utilizar una y otra vez. El material utilizado suele ser acero o plástico reforzado y depende de su uso.

• Elementos de regulación y control

Son los encargados de regular el paso del aceite desde las bombas a los elementos actuadores. Estos elementos, que se denominan válvulas, pueden ser activados de diversas formas: manualmente, por circuitos eléctricos, neumáticos, hidráulicos o mecánicos. La clasificación de estas válvulas se puede hacer en tres grandes grupos: de dirección, anti retorno y de presión y caudal.

• Válvula limitadora de presión

La válvula limitadora de presión sirve:

• Para limitar la presión de trabajo a un determinado valor ajustable

• Para ajustar la presión máxima en el sistema hidráulico

• Para proteger la instalación de una carga excesiva por demasiada presión

En todos los sistemas hidráulicos hay que montar una válvula limitadora de presión de la bomba con el objeto de evitar accidentes y daños por una presión excesiva.

Las válvulas limitadoras de presión cerradas por muelles se utilizan para ajustar la presión de trabajo y limitar la presión de servicio o como válvulas de seguridad para finalidades secundarias. Esta ejecución sencilla es económica y dentro de grandes límites insensible a líquidos sucios sometidos a presión. Para caudales grandes se emplean válvulas limitadoras de presión con mando indirecto (servo pilotadas).

La válvula limitadora de presión consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento

• (1) Cuerpo, (2) Cono, (3) Muelle de compresión, (4) Tornillo de ajuste, (5) tuerca

Válvula limitadora de presión. Figura 1.5.

• Válvulas distribuidoras

Las válvulas distribuidoras gobiernan los conductos de la corriente del líquido en determinadas direcciones.

El accionamiento de una válvula es el medio físico usado para conmutarla y se representa también mediante un símbolo. Puede ser por pulsador, rodillo, eléctrico, pedal, etc.

La denominación completamente de las válvulas de vías (distribuidoras) debe en general contener los siguientes aspectos:

• 1. Un número fraccionario cuyo numerador indica el número de empalmes o vías y un denominador que indica el número de posiciones de conmutación, ejemplo 2/2, 3/2,4/3 etc.

• 2. Si es normalmente abierta o normalmente cerrada. (si es el caso)

• 3. El tipo de accionamiento. Ejemplo, rodillo, eléctrico, pedal, palanca etc.

• 4. Si tiene retorno o centrado por resorte.

• 5. En caso de una válvula 4/3 indicar el tipo de centro, ejemplo, tándem, cerrado, abierto etc.

A continuación se presentan ejemplo de designación de algunas válvulas distribuidoras.

• Válvula 2/2 normalmente cerrada (NC), accionamiento por pulsador y retorno por muelle.

• Válvula 3/2 normalmente cerrada (NC) accionamiento por palanca y retorno por muelle.

• Válvula 3/2 normalmente cerrada (NC), accionamiento por palanca y retorno por muelle.

• Válvula 4/2 flujo cruzado en posición de reposo, accionamiento por rodillo y retorno por muelle.

• Válvula 4/2 flujo cruzado en posición de reposo accionamiento por palanca y retorno por muelle.

• Válvula 4/3 centro tándem con doble accionamiento eléctrico y centrado por resortes.

• Válvula 4/3 centro cerrado, accionamiento por enclavamiento mecánico (clavija).

• Válvula 5/2 (monoestable) accionamiento eléctrico y retorno por muelle.

• Válvula anti retorno

La válvula anti retorno debe cerrar el paso del líquido a presión en un sentido y dejarlo pasar en el otro.

Permite el paso del líquido en un sentido y bloquea en sentido contrario. Se emplea para evitar el retorno del líquido del sistema hidráulico a la bomba hidráulica. Evita que se «vacíen» las tuberías rígidas y los tubos flexibles (acoplamientos rápidos).

La válvula anti retorno consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento: Cuerpo, cono y muelle de compresión.

• Válvula de estrangulación regulable

La válvula de estrangulación regulable debe producir una resistencia hidráulica ajustable. No es posible mantener el caudal a un valor exacto, porque en las válvulas de estrangulación el caudal depende del ajuste de la caída de presión y de la viscosidad del líquido.

Por esta razón, se utilizan en instalaciones hidráulicas para ajustar el caudal sin escalones, por ejemplo, para plataformas elevadoras y dispositivos de fijación, cuando no es necesario mantener muy exacto el caudal.

La válvula de estrangulación regulable consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento: (1) Cuerpo, (2) tornillo de regulación y (3) Juntas.

Válvula de estrangulación. Figura 3.5.

• Válvula de estrangulación y anti retorno

La válvula de estrangulación y anti retorno debe limitar el caudal del líquido a presión en un sentido (estrangular) y en sentido contrario debe abrir toda la sección de paso (válvula anti retorno).

Las válvulas de estrangulación y anti retorno se emplean cuando es necesario regular un caudal más o menos constante en una sola dirección, debiendo mantener libre el paso en la dirección contraria.

La válvula de estrangulación y anti retorno consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento: (1) Cuerpo de la válvula, (2) Tornillo de estrangulación, (3) Cono (válvula anti retorno), (4) Muelle y (5) Junta anular

Es una combinación de una válvula de estrangulación regulable y de una válvula anti retorno.

Válvula de estrangulación y anti retorno. Figura 4.5.

• Cilindro de simple efecto

El cilindro de simple efecto debe transformar el caudal sometido a presión en una fuerza que actúe en línea recta así como en un movimiento rectilíneo.

El líquido entra en el tubo del cilindro por el lado del émbolo (alimentación por un solo lado). Por la resistencia del émbolo se establece en el líquido una presión.

Al vencer la resistencia, el émbolo se desplaza y su vástago sale (avance). El émbolo regresa (retorno) al conmutar la válvula distribuidora con ayuda de una fuerza exterior El movimiento de retorno puede ser producido también por medio de un muelle de compresión (muelle recuperador) montado en el cilindro.

El cilindro de simple efecto consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento:

• (1) Tapa atornillada, (2) tornillo de purga, (3) pistón (4) cuerpo del cilindro, (5) cojinete de pistón, (6) empaque y (7) protector de suciedad.

Cilindro simple efecto. Figura 5.5.

• Cilindro de doble efecto

El cilindro de doble efecto debe convertir el caudal de líquido sometido a presión en una fuerza y un movimiento rectilíneos, cuya dirección pueda ser elegida.

En la carrera de trabajo, el líquido a presión entra por (1) en el cilindro y actúa en el lado del émbolo. Se forma una presión, que desplaza el émbolo y hace salir el vástago. El líquido a presión que se encuentra en el lado del vástago es desplazado y fluye por una tubería al depósito. En el movimiento de retroceso, el líquido a presión entra por (2) en el cilindro. El émbolo se desplaza y el vástago entra. El líquido que se encuentra en el lado del émbolo es desplazado y fluye al depósito.

Si se aplica la misma presión para los movimientos de trabajo y de retorno, la fuerza disponible en el movimiento de avance es mayor que en el de retorno, porque la superficie circular es mayor que la anular del émbolo. Como consecuencia, también es mayor la velocidad de retorno, porque el mismo caudal actúa sobre una superficie menor.

Se utiliza para producir movimiento rectilíneo de vaivén. Especialmente en el carro de avance de máquinas herramientas, empleándolo en lugar del cilindro de simple efecto, se puede efectuar también el movimiento de retorno con carga.

El cilindro de doble efecto consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento:

Tubo de tapas 1, émbolo 2, vástago 3 y juntas 4 – 5

Cilindro doble efecto. Figura 6.5.

• CONTAMINACIÓN DE UN FLUIDO HIDRÁULICO.

Según Flores (2004), Las formas de contaminación que se presentan en el fluido hidráulico que no son controladas, inducen al desgaste y éste provoca la disminución de la vida de los componentes y equipo hidráulico. El Control de Contaminación se presenta como una estrategia completa para controlar el desgaste de los metales.

• Fuentes de contaminantes

Existen cuatro fuentes principales de partículas contaminantes que se presentan en los fluidos de los sistemas hidráulicos:

• Contaminantes integrados. Es el material con el que interactúa el fluido hidráulico: componentes mecánicos, fluidos, mangueras, depósitos, etc.

• Contaminantes generados. Al ensamblar el sistema, manipulación violenta del sistema, operación del sistema, fallas del fluido.

• Contaminantes ingresados desde el exterior. A través del respiradero del depósito, sellos de los cilindros, sellos de cojinetes.

• Contaminantes introducidos durante el mantenimiento. Al separar y ensamblar componentes, suministrar el fluido hidráulico.

Una filtración efectiva y prácticas de mantenimiento cuidadosas disminuirán el ingreso de contaminantes provenientes de todas las fuentes de contaminación.

Sin embargo, el ingreso de los contaminantes externos es, regularmente, más difícil de controlar con un medio ambiente sucio. El mecánico operador debe considerar cuidadosamente los puntos donde se ubica un posible ingreso incontrolable de contaminantes para establecer objetivos de limpieza en el fluido, que se reflejarán en la reducción del desgaste mecánico.

• Factores que causan daños en el equipo

En un estudio realizado por el Dr. E. Rabinowicz se investigó cuáles son las razones que ocasionan el reemplazo de componentes o el "poco aprovechamiento" en los sistemas hidráulicos. El estudio revela que el 50% de las fallas en todos los componentes que tienen contacto con el aceite son resultado del desgaste mecánico.

Factores que causan daño al sistema hidráulico. Figura 7.5.

• Impacto de la contaminación de partículas en el desgaste

Para poder entender la estrecha relación que existe entre la contaminación de partículas en el fluido y el desgaste mecánico, se examinarán cada uno de los mecanismos principales identificados por Rabinowizc (erosión, fatiga y adherencia) para establecer:

• Como la contaminación de partículas afecta a cada forma de desgaste.

• Que tamaño de partícula causa el mayor daño.

• Cuáles son los componentes afectados.

• Desgaste abrasivo

El desgaste abrasivo ocurre cuando las partículas son captadas entre dos superficies deslizantes que son lubricadas por una película de aceite. Las partículas sueltas (desgaste abrasivo de tres cuerpos) cortarán, rozarán y rasparán ambas superficies. En el desgaste abrasivo de dos cuerpos, las partículas descansan en una de las superficies y actúan como máquinas herramienta en miniatura, arrancando material de la superficie opuesta.

En el desgaste abrasivo, las partículas que causan el mayor daño son las de igual tamaño o un poco mayores que el espesor de la película dinámica de los componentes. Las partículas de menor tamaño simplemente pasarán a través de éstos, causando pocos daños. Las partículas de mayor tamaño no causan desgaste abrasivo hasta que recirculan y se destrozan originando numerosas partículas que por su menor tamaño causan desgaste.

Los componentes hidráulicos que se ven afectados por el desgaste abrasivo incluyen las bombas, motores, válvulas y cilindros.

Las superficies de los rodamientos con contacto deslizante también están propensas al desgaste abrasivo; esto incluye los anillos y las jaulas de los rodamientos.

Desgate abrasivo. Figura 8.5.

• Desgaste por fatiga

El desgaste por fatiga de las superficies de contacto rodante se inicia cuando las partículas duras y de mayor tamaño que el espesor de la película dinámica de lubricante, penetran en la zona de carga de los rodamientos. Estas partículas saltan momentáneamente la abertura de la película lubricante y crean pequeñas abolladuras y micro grietas en las superficies rodantes.

Bajo repeticiones de cargas, las micro grietas crecen hasta que debilitan la superficie, causando eventualmente derrumbamiento y fallas por fatiga.

Como en el desgaste abrasivo, las partículas que causan el mayor desgaste por esfuerzo de fatiga sobre la superficie son las de igual tamaño o un poco mayores que el espesor de la película dinámica de lubricante.

El desgaste por fatiga ocurre principalmente en las superficies de movimiento alternativo y en los cojinetes antifricción. La superficie de los dientes de los engranajes también experimenta desgaste por fatiga.

Desgaste por fatiga. Figura 9.5.

• Desgaste adhesivo

El desgaste adhesivo es por el contacto de metal con metal entre dos superficies en movimiento. Las partículas contribuyen al desgaste adhesivo cuando éstas ocasionan muescas y agrietan las superficies a través del desgaste abrasivo y por fatiga, formando asperezas en la superficie que se extienden más allá del nivel nominal de la superficie del componente.

Si son lo suficientemente altas, las asperezas de las superficies opuestas pueden penetrar en el espesor de la película de aceite y colisionar una contra la otra, "soldarse en frío" entre ellas y arrancarse partículas mientras las superficies están en movimiento. El desgaste adhesivo es más evidente durante las fallas catastróficas de los componentes cuando las superficies se detienen, soldándose entre ellas mismas.

La contaminación en forma de lodo también puede conducir al desgaste adhesivo al tapar las líneas de alimentación de aceite y orificios, reduciendo el caudal de lubricante que debe llegar a los componentes hidráulicos.

Un flujo inadecuado del aceite ocasionará un incremento excesivo de calor y se reducirá la viscosidad del aceite lubricante, dando como resultado el contacto de metal con metal.

Desgaste adhesivo. Figura 10.5.

• SISTEMA SCADA.