Régimen de lubricación es el estado de funcionamiento que determina si dos superficies metálicas en movimiento están separadas por una película de fluido o si se rozan entre sí a través de ella. Elegir mal el régimen y un cojinete o engranaje diseñado para años de servicio puede desgastarse en semanas, y gran parte de ese daño ocurre en los segundos alrededor del arranque y la parada, no durante el funcionamiento constante.
Cualquier contacto lubricado -un cojinete liso, un cojinete de elementos rodantes, un engranaje en malla- se sitúa en uno de tres regímenes según la velocidad, la carga, la viscosidad del aceite y la rugosidad de las superficies.
La curva de Stribeck traza el coeficiente de fricción frente a un parámetro de servicio que combina viscosidad, velocidad y carga (a menudo escrito como número de Hersey u otro grupo adimensional similar). Leyéndola de izquierda a derecha con velocidad creciente: la fricción empieza alta en el régimen límite, cae bruscamente a través de la lubricación mixta a medida que se forma una película parcial, alcanza un mínimo y luego vuelve a subir lentamente en el régimen hidrodinámico a medida que el arrastre viscoso en la película engrosada aumenta. Ese punto mínimo es la transición de mixto a plena lubricación hidrodinámica, y también se encuentra cerca del punto de funcionamiento más eficiente para muchos cojinetes.
Los ingenieros clasifican en qué régimen se encuentra un contacto usando el espesor específico de la película, o razón lambda (λ): el espesor mínimo de la película lubricante dividido por la rugosidad cuadrática media compuesta (RMS) de las dos superficies. Como guía general usada en tribología e ingeniería de engranajes:
| Razón lambda (λ) | Régimen |
|---|---|
| λ ≤ 1 | Lubricación por película límite |
| 1 < λ < 3 | Lubricación mixta |
| λ ≥ 3 | Hidrodinámico / elastohidrodinámico (película completa) |
Para cojinetes de elementos rodantes, la ISO 281 formaliza esta relación mediante la relación de viscosidad kappa (κ), la proporción entre la viscosidad de funcionamiento real del lubricante y la viscosidad de referencia mínima que el cojinete necesita a esa velocidad. Kappa alimenta el factor de modificación de la vida del cojinete, por lo que un espesor de película insuficiente aparece directamente como una vida L10 calculada más corta, no solo como una advertencia cualitativa de "más desgaste".
Sólo cuando un eje giratorio alcanza suficiente velocidad genera una película hidrodinámica capaz de arrastrar suficiente aceite hacia la cuña convergente entre las superficies. Por debajo de esa velocidad, durante el arranque y durante la desaceleración al apagado, el contacto está inevitablemente en el régimen límite: contacto metal-metal con solo una delgada película dependiente de aditivos para protección. Esto está bien documentado en la bibliografía sobre cojinetes: la breve ventana antes de que se establezca una película de aceite completa en el arranque es cuando tiene lugar la mayor parte del desgaste adhesivo y abrasivo, porque las asperezas se enganchan y desgarran entre sí sin una película fluida que las separe. Los ciclos frecuentes de arranque y parada multiplican esta exposición. Una máquina que arranca y se detiene diez veces al día acumula muchas más exposiciones al régimen límite que otra que funciona continuamente a velocidad constante, incluso si las horas totales de funcionamiento son idénticas.
Los cálculos de vida de cojinete (L10, según ISO 281) parten de la suposición de una película de lubricación adecuada. Cuando un cojinete funciona mayoritariamente en régimen mixto o límite por baja viscosidad, baja velocidad, desalineación o servicio con muchas arrancadas y paradas, su vida real puede quedar muy por debajo del cálculo nominal independientemente de la capacidad de carga. En la práctica, esto implica que la selección de la viscosidad, la limpieza del aceite y el procedimiento de arranque importan tanto como la propia selección del cojinete. Los síntomas de una lubricación crónicamente insuficiente (aumento de vibración, temperatura elevada, frecuencias características) suelen aparecer mucho antes de una falla catastrófica y son las mismas señales que detecta el análisis de vibraciones; véase modos y síntomas de fallo de cojinetes y ISO 10816-3 severidad de vibraciones para ver cómo se manifiesta eso en la planta.
Los dientes de los engranajes operan bajo condiciones de contacto aún más exigentes que los cojinetes porque la presión de contacto en la línea de engrane es alta y la película debe reformarse en cada revolución. Investigaciones que correlacionan el espesor específico de la película con la vida por picado (pitting) de engranajes encontraron que la vida L10 en el régimen de lubricación mixta era sólo alrededor del 11 por ciento de la vida lograda en el régimen de película completa, una diferencia de aproximadamente diez veces impulsada únicamente por qué lado de la transición lambda opera la malla de engranajes. Este resultado es coherente con la tendencia relativa predicha por la metodología AGMA 925-A03, que también se basa en la lógica del espesor específico de película y se usa para evaluar el riesgo de scuffing y micropitting en el diseño de engranajes. En la práctica, esto significa que cajas de engranajes que funcionen ligeramente con viscosidad insuficiente, ligeramente calientes o ligeramente sobrecargadas no fallan de forma gradual y predecible; pueden salir del régimen de película completa y entrar en una tasa de desgaste mucho mayor con solo un modesto cambio en las condiciones de funcionamiento.
La mayoría de las plantas no pueden vigilar cada cojinete y caja de engranajes de forma continua lo suficiente como para detectar la transición fuera de la lubricación de película completa antes de que comience el daño. Fabrico lee la condición de la máquina y el OEE desde la línea y enruta automáticamente una orden de trabajo en el momento en que se detecta una pérdida (la visión por computador detecta lo que los sensores no ven), construido y alojado en la UE con residencia de datos en la UE, y operado bajo ISO 27001, ISO 20000-1 e ISO 9001. Reserve una demo de Fabrico.
En la lubricación por película límite la película de aceite es más delgada que la rugosidad de la superficie, por lo que las asperidades metálicas se tocan directamente y la fricción y el desgaste son altos. En la lubricación hidrodinámica la película es lo bastante gruesa como para que las superficies no se toquen nunca, el movimiento por sí solo genera la presión de apoyo, y la fricción y el desgaste caen a sus niveles más bajos y estables.
La lubricación mixta implica que la carga se reparte de forma impredecible entre una película fluida parcial y el contacto directo de asperidades. Pequeños cambios en la velocidad, la carga o la temperatura del aceite pueden empujar el contacto hacia condiciones de película límite, por lo que los componentes que pasan tiempo significativo en lubricación mixta sufren un desgaste acelerado y menos predecible que los que funcionan en condiciones estables de película completa.
Los ingenieros usan la razón lambda (espesor específico de película): el espesor mínimo calculado de la película de aceite dividido por la rugosidad superficial compuesta de las piezas enfrentadas. Para cojinetes rodantes, la ISO 281 utiliza una relación de viscosidad equivalente, kappa, que se incorpora directamente en el factor de modificación de la vida del cojinete.
Sí, en el sentido de que cada arranque y parada obliga al contacto a pasar por el régimen de lubricación por película límite, donde las tasas de desgaste son más altas porque aún no se ha desarrollado una película de fluido de soporte a baja velocidad. El equipo que cicla con frecuencia acumula más exposición al desgaste en régimen límite que uno que funciona de forma continua durante las mismas horas totales.
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