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.