Indice
1.
Introducción
2. Grasas y aceites
lubricantes
3. Control de calidad
4. Aditivos empleados en las grasas
lubricantes
5. Aceites Lubricantes
6. Conclusión
7. Bibliografía
No existe en el mundo máquina alguna que por
sencilla que sea no requiera lubricación, ya que con esta
se mejora tanto el funcionamiento, como la vida útil de
los equipos y maquinarias.
En el siguiente trabajo de investigación se ha querido estudiar las
grasas y aceite lubricantes, desde su obtención a partir
de las materias primas hasta sus diferentes usos, aplicaciones,
especificaciones e importancia en el creciente mundo
industrial.
Objetivo General
Conocer directamente un proceso
industrial y la reacción química que ocurre en
este.
Objetivos
Especificos
Desarrollar la capacidad de gestión
y liderazgo.
Poner en práctica los pasos que se deben realizar en el
desarrollo de
un trabajo investigativo
Analizar y comprender cada una de las etapas del proceso
obtención de grasas y aceites lubricantes.
Saber que clase de reacción química se lleva a
cabo en el proceso de fabricación de las grasas y aceites
lubricantes.
Explicar la importancia que tienen los lubricantes en las partes
mecánicas de un equipo máquina.
Conocer las variables que
se deben tener en cuenta para el control de
calidad de las grasas y aceites lubricantes.
2. Grasas y aceites
lubricantes
Cuando dos cuerpos sólidos se frotan entre
sí, hay una considerable resistencia al
movimiento sin
importar lo cuidadosamente que las superficies se hayan maquinado
y pulido. La resistencia se
debe a la acción abrasiva de las aristas y salientes
microscópicas y la energía necesaria para superar
esta fricción se disipa en forma de calor o como
desgaste de las partes móviles. La fricción se
puede reducir por el uso de partes móviles con
energía de superficie baja que se deslizan con facilidad
una sobre otra. El polietileno, el nylon y el
olitetrafluoretileno tienen energías de superficies bajas.
Aunque estos materiales son
útiles en aplicaciones especializadas, es más usual
emplear lubricantes para reducir la fricción.
Históricamente, el primer lubricante fue el sebo. Se
utilizaba para engrasar las ruedas de los carros romanos ya en el
año 1400 a.C. En la actualidad los lubricantes suelen
clasificarse de acuerdo con sus necesidades, en grasas y aceites.
Estas dos clases de lubricantes aparecieron teniendo en cuenta
factores tales como velocidades de operación,
temperaturas, cargas, contaminantes en el medio
ambiente, tolerancias entre las piezas a lubricar,
períodos de lubricación y tipos de mecanismos; la
grasa generalmente se utiliza en la lubricación de
elementos tales como cojinetes de fricción y
antifricción, levas, guías, correderas y
piñonería abierta.
El aceite, por su parte, tiene su mayor aplicación en la
lubricación de compresores,
motores de
combustión interna, reductores,
motorreductores, transformadores,
sistemas de
transferencia de calor,
piñonería abierta, cojinetes de fricción y
antifricción y como fluidos hidráulicos. Existen
diferentes grados de grasas y aceites dependiendo de la necesidad
que se tenga y de los factores de operación. Una mala
sección es tan peligrosa como si se hubiese dejado el
mecanismo sin lubricante alguno. Muchas de las fallas que ocurren
en este campo tienen su origen aquí; de ahí la
seguridad que se
debe tener cuando se seleccione un lubricante.
Rasas Lubricantes
Concepto
La grasa es un producto que
va desde sólido a semilíquido y es producto de la
dispersión de un agente espesador y un líquido
lubricante que dan las prosperidades básicas de la grasa.
Las grasas convencionales, generalmente son aceites que contienen
jabones como agentes que le dan cuerpo, el tipo de jabón
depende de las necesidades que se tengan y de las propiedades que
debe tener el producto.
La propiedad
más importante que debe tener la grasa es la de ser capaz
de formar una película lubricante lo suficientemente
resistente como para separar las superficies metálicas y
evitar el contacto metálico.
Existen grasas en donde el espesador no es jabón sino
productos,
como arcillas de bentonita. El espesor o consistencia de una
grasa depende del contenido del espesador que posea, puede
fluctuar entre un 5% y un 35% por peso según el caso.
El espesador es el que le confiere propiedades tales como
resistencia al agua,
capacidad de sellar y de resistir altas temperaturas sin variar
sus propiedades ni descomponerse.
Proceso De Obtención De La Grasa
Equipos utilizados en el proceso de fabricación de
grasas.
Reactor: Es un sistema cerrado
que permite que dos o más compuestos reaccionen entre
sí para formar un producto.
Mezclador: Es un tanque dotado con una hélice que permite
que dos o más compuestos se mezclen para obtener un
producto final.
Serpentín: Es un tubo o un conjunto de tubos adaptado a un
sistema, que
permite llevar a cabo un proceso de transferencia de calor.
Molino: Es un equipo dotado de un par de discos giratorios
separados milimétricamente uno del otro, los cuales
permiten el paso forzado de un producto altamente viscoso para
proporcionarle unas condiciones requeridas.
Desairador: Es un equipo cuya función es
eliminar las moléculas de aire que
involuntariamente se introducen en un producto.
Bases Naftenicas (CnH2n). Es una base lubricante que
determina la mayor parte de las características de la grasa, tales como:
viscosidad,
índice de viscosidad (I.V),
resistencia a la oxidación y punto de fluidez.
Frecuentemente contienen una elevada proporción de
asfalto; a altas temperaturas son menos estables que las
parafificas. Generalmente no deben usarse temperaturas por encima
de los 65oC.
Saponificación. Es un proceso por medio del cual una grasa
(o algún otrocompuesto de un ácido con alcohol)
reacciona con un ÁLCALI, para formar un jabón,
glicerina u otro alcohol.
Las propiedades de los jabones dependen de los ácidos
grasos y de las bases metálicas utilizadas en la
saponificación, esto se puede verificar mediante la
reacción.
HOOCR + MOH RCOOM + H2O
Ácido graso Base metálica Jabón
Agua
Las bases metálicas son las que dan las características que se quieren lograr en la
grasa, Así: las de calcio, aluminio y
litio imparten buena resistencia a la acción del agua y a la
humedad, mientras que las de sodio permiten soportar altas
temperaturas.
Las deficiencias que puedan tener las grasas se pueden modificar
mediante la adición de aditivos.
Descripción del proceso: El proceso de
fabricación de una grasa inicia en un reactor donde se
colocan a reaccionar un ácido graso, (animal o vegetal)
con una base metálica como litio, sodio, calcio, aluminio,
(saponificación). El producto obtenido de esta
reacción llamado espesador o jabón es transportado
hacia un mezclador donde se le adiciona el aceite lubricante
(aditivos y base naftenica) proveniente de unos tanques de
almacenamiento y
que le dará al producto la consistencia requerida.
Posteriormente por un filtro; el molino se encarga de darle a la
grasa acabado, el cual consiste en proporcionarle a esta fibra y
brillo.
Durante el paso por el molino, la grasa es agitada y absorbe
burbujas de aire, las cuales
son eliminadas posteriormente en un desairador que ayuda
también a mejorar la presentación de la misma.
Cabe aclarar que no todas las grasas pasan por estos dos
últimos equipos (molino, desairador), sino
únicamente aquellas de
fibra (litio, sodio, aluminio, etc.); porque las elaboradas a
base de jabón de calcio son de textura muy suave y
utilizadas para trabajos a temperaturas bajas (180oC), y al
pasarla por el molino la fricción interna de este aumenta
la temperatura
cambiándole su estado.
Para concluir el proceso, el producto obtenido es transportado
(bombeo) hacia la zona de envasado, pasa por último
distribuirlo en sus diferentes presentaciones.
Pruebas que se realizan a las grasas
Prueba de extrema presión:
Esta prueba se realiza para verificar la capacidad que tienen las
grasas y los aceites para soportar carga. Consiste en colocar dos
elementos metálicos giratorios en contacto y por el medio
de ellos. El lubricante a prueba, aplicándoles una
fuerza externa
que se va aumentando proporcionalmente hasta que se frene los
elementos metálicos. En ese momento se mide cuánta
presión
hay y el tipo de desgaste que se generó en la pieza.
Una grasa que tenga un aditivo de extrema presión debe
superar las 150 lbf/ft presentando el más mínimo
desgaste en las piezas.
Prueba de consistencia: La consistencia de las grasas se expresa
de acuerdo con la cantidad de espesante y viene dada por la NLGI
(National Lubricating Grease Institute) que las clasifica de
acuerdo con la penetración trabajada. Para determinar
ésta, se llena una vasija especial con grasa y se lleva a
una temperatura de
+ 77oF (25oC). La vasija se coloca debajo de un cono de doble
ángulo cuyo peso está normalizado
(penetrómetro), la punta del cono toca apenas la
superficie de la grasa, se suelta el cono y al cabo de cinco
segundos se determina la profundidad a la cual ha penetrado el
cono dentro de la grasa, se conoce como penetración y se
mide en décimas de milímetro. La penetración
es solamente la medida de la dureza a una temperatura
específica.
La penetración de la grasa se puede dar en base a dos
situaciones: Cuando ha sido trabajada y sin trabajar.
Penetración trabajada: Para determinar la
penetración trabajada es necesario que la muestra de grasa
haya sido sometida a
60 carreras dobles de un pistón, en un trabajador de grasa
patrón como el de la Fig. 1. Este consiste en un disco
perforado (pistón) que al subir y bajar dentro del
cilindro, hace que la grasa pase de un lado a otro, hasta
completar 60 carreras dobles, en este momento se considera que se
han simulado las condiciones a las cuales puede trabajar la grasa
en una máquina después de un tiempo
determinado. Posteriormente se le determina la consistencia en el
penetrómetro.
Penetración no trabajada: Para la penetración no
trabajada se toma una muestra de grasa,
no se somete a ningún batido y se coloca cuidadosamente en
el recipiente de prueba, luego se le determina la consistencia en
el penetrómetro.
Las características del cono se muestran en la
Fig. 2b. Las más importantes son:
Ángulo del cono 90º
Ángulo de la punta 30º
Diámetro de cono 6.61 cm.
Peso del cono 102.5 gr.
La penetración se clasifica de acuerdo con la ASTM, (que
es la lectura que
da el Penetrómetro mostrado en la figura 2ª
después de cinco segundos de penetración dentro de
la muestra de grasa trabajada a + 77oF (25oC) y de acuerdo con la
NLGI, que la da con un número que indica el cambio de
consistencia (penetración) con las variaciones de
temperatura (prueba no estandarizada). Fig. 2ª.
Tabla 1. Clasificación ASTM y su equivalencia en la
NLGI
Penetración trabajada NLGI
ASTM en mm/10 Número de consistencia
- 000
- 00
- 0
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
Prueba Almen: Una varilla cilíndrica gira dentro
de un casquillo abierto, el cual se presiona contra aquella. Se
añaden pesos de 0.9 Kg. en intervalos de 10 seg. y se
registra la relación existente entre la carga y la
iniciación del rayado. Ver las Fig. 3ª y 3b.
Prueba Timken: Se presiona un anillo cilíndrico, que gira,
sobre un bloque de acero durante 10
minutos y se registra la máxima presión de
iniciación del gripado. Véanse las Fig. 4ª y
4b.
Prueba SAE: Se hacen girar dos rodillos a diferentes velocidades
y en el mismo sentido. La carga se aumenta gradualmente hasta que
se registre el fallo. En este caso hay combinación de
rodamiento y deslizamiento. Se ilustra en las Fig. 5ª y
5b.
Prueba Fálex: Se hace girar una varilla
cilíndrica entre dos bloques de material duro y en forma
de V, que se presionan constantemente contra la varilla, con una
intensidad que aumenta automáticamente. La carga y el par
totales se registran en los calibradores. Ver las Fig. 6ª y
6b.
Punto de goteo: Es la temperatura a la cual la grasa
pasa de su estado
sólido a líquido. La prueba se realiza aumentando
la temperatura de la grasa hasta que se empiece a cambiar de
estado, en ese momento se toma la temperatura y se define su
punto de goteo.
4. Aditivos empleados en las grasas
lubricantes
Los aditivos más utilizados en la
elaboración de las grasas son:
Agentes espesadores: Se utilizan para aumentar la adhesividad de
las grasas a las superficies metálicas, con el fin de
evitar que sean desplazadas con facilidad y retienen,
además, los fluidos por absorción. Los más
utilizados son los jabones metálicos y los
polibutilenos.
Estabilizadores: Permiten trabajar las grasas a temperaturas
más altas durante un mayor tiempo. Se
utilizan principalmente los ésteres de ácidos
grasosos.
Mejoradores del punto de goteo: Aumentan la temperatura del punto
de goteo permitiendo que la temperatura máxima de trabajo
se incremente sin que la grasa se escurra o descomponga. Se
utilizan los jabones grasosos.
Agente antidesgaste: Reducen el desgaste de las superficies al
evitar el contacto directo entre ellas. El más utilizado
es el bisulfuro de dibensilo.
Inhibidor de la corrosión: Suspende la corrosión de las superficies
metálicas si ésta ya se ha originado o la evita en
caso de que, debido a las condiciones ambientales, se pueda
presentar. Se utilizan el sulfonato de amoníaco y el
dionil naftaleno.
Desactivador metálico: Impide efectos catalíticos
en los metales con el
fin de que las partículas que se han desprendido durante
el movimiento de
las superficies metálicas no se adhieran a éstas y
ocasionen un gran desgaste. Se utiliza el
mercaptobenzotiazolo.
Inhibidor de la oxidación: Impide la oxidación y
descomposición de la grasa. Se usa el
fenil-beta-naftilamino.
Materiales de
relleno: Aumenta el volumen de la
grasa, característica requerida para obtener una mejor
distribución y aprovechamiento de la misma.
Se utilizan los óxidos metálicos.
Agentes d extrema presión: Reducen la fricción
permitiendo que la película lubricante soporte mayores
cargas y las superficies se deslicen más
fácilmente. Se utilizan las ceras clorinadas y los
naftenatos de plomo.
Concepto
Están constituidos por moléculas largas
hidrocarbonadas complejas, de composición química y
aceites orgánicos y aceites minerales.
Aceites orgánicos: Se extraen de animales y
vegetales. Cuando aún no se conocía el
petróleo, eran los únicos utilizados; hoy en
día se emplean mezclados con los aceites minerales
impartibles ciertas propiedades tales como adherencia y
pegajosidad a las superficies. Estos aceites se descomponen
fácilmente con el calor y a temperaturas bajas se oxidan
formando gomas, haciendo inútil su utilización en
la lubricación.
Aceites minerales: Son derivados del
petróleo cuya estructura se
compone de moléculas complejas que contienen entre 20 y 70
átomos de carbono por
molécula. Un aceite mineral esta constituido por una base
lubricante y un paquete de aditivos químicos, que ayudan a
mejorar las propiedades ya existentes en la base lubricante o le
confieren nuevas características.
Proceso de obtención del aceite
Base Parafinica (CnH2n + 2). Son relativamente estables a altas
temperaturas, pero por el alto contenido de parafinas que poseen,
no funciona satisfactoriamente a bajas temperaturas, conductos de
lubricación.
Descripción del proceso. El proceso de
producción del aceite con el transporte de
las bases parafinicas desde los tanques de almacenamiento
hasta el mezclador por medio de una bomba de desplazamiento
positivo.
Una vez puesta la base parafinica en el mezclador se le adicionan
los aditivos, de acuerdo a las características del aceite
que se quiere fabricar, de allí es enviado a la zona de
envasado, pasándolo antes por un filtro. En la zona de
envasado es puesto el producto en las diferentes
presentaciones.
Control De Calidad
Viscosidad. Esta prueba se realiza con un instrumento llamado
viscosímetro, consiste en un baño de aceite a
temperatura de 100oC (Norma SAE) y en su interior se encuentra
ubicado un bulbo capilar con el aceite en prueba, se toma el
tiempo que tarde el aceite en subir desde un nivel inicial hasta
un nivel final en el bulbo y se multiplica por una constante, el
resultado numérico de esta prueba para la viscosidad en
centistores.
Índice de Viscosidad (IV). Esta prueba se lleva a cabo
sometiendo el aceite de estudio a fluctuaciones de temperatura.
Cuando la viscosidad de este aceite varia muy poco se le asigna
por lo tanto un I.V comprendido entre 0 y 100.
Punto de Chispa. Es la temperatura a la cual se forman gases
suficientes para realizar una combustión. La prueba consiste en colocar
el aceite en un recipiente dotado con una resistencia, para
aumentarle la temperatura, luego este aceite es colocado en
contacto directo con una llama, en el momento en que el producto
trata de encenderse este el llamado punto de chispa (oC). Se
sigue calentando el aceite y nuevamente se pone en contacto con
la llama y en el instante que este haga combustión, es el
punto de inflamación (oC).
Prueba de humedad. Para verificar que el producto está con
cero humedad, factor muy importante en cualquier lubricante, la
mayoría de empresas
acostumbran a realizar una prueba de humedad muy sencilla, que
consiste en poner a calentar al rojo vivo un metal, y luego se
deja caer sobre este una gota de aceite, si crispa, el aceite
presenta humedad, si por el contrario el aceite no presenta este
fenómeno, está completamente libre de humedad.
Punto de fluidez. Es la temperatura más baja a la cual el
aceite lubricante aún es un fluido. Indica las
limitaciones de fluidez que tiene el aceite a bajas temperaturas,
en el momento en que el producto trata de cambiar de estado, esa
temperatura es el punto de fluidez.
Prueba de corrosión. Cuando el aceite es expuesto a la
acción del agua, esta puede disolver los inhibidores de la
oxidación dando origen a la formación de
ácidos orgánicos, los pueden originar el deterioro
en las piezas lubricadas.
La prueba llamada también Lámina de Cobre,
consiste en colocar una lámina de cobre en un
recipiente lleno de aceite a una temperatura de 105oC,
dejándola allí por espacio de cuatro días,
dependiendo del color que tome la
lámina se medirá el grado de corrosión del
producto; lo ideal es que la lámina no cambie de color, es decir,
que el aceite presente cero corrosión.
Tipos de aceites
Aditivos comunes en los aceites lubricantes
Los aditivos que generalmente se encuentran en todos los aceites
lubricantes sin tener en cuenta el tipo de trabajo que van a
desempeñar, son los siguientes:
Inhibidores de la oxidación: que se emplean para
incrementar la vida del aceite en servicio y
para disminuir la concentración de barnices y de lodos
sobre las partes mecánicas.
Inhibidores de la corrosión: que protegen las superficies
metálicas del ataque químico de los ácidos
corrosivos.
Los aditivos antidesgaste: que protegen las superficies de
fricción que operan con delgadas películas
lubricantes.
Los inhibidores de la herrumbe: que eliminan la tendencia de la
humedad a formar una pequeña película de herrumbe
sobre las superficies metálicas, la cual en un momento
dado, podría llegar a aislar el lubricante midiendo
así una correcta lubricación, además de que
facilitan el proceso de oxidación del aceite y la
corrosión de las superficies metálicas, los agentes
untuosidad que reducen la fricción y el desgaste y
aumentan la lubricación.
Demulsificadores: que reducen la tensión interfase,
permiten una fácil separación del agua y del
aceite. Los demás son igualmente importantes pero se
utilizan únicamente para cada caso en
particular.
Finalizado este trabajo investigativo se puede aseverar
que:
a) La vida útil de un equipo depende de una adecuada
lubricación.
b) Para cada equipo existe un lubricante específico.
c) Un buen lubricante depende del control de
calidad que se
le realice.
d) La gestión
forma parte del desarrollo
profesional del individuo.
e) La reacción de saponificación es necesaria
únicamente para la obtención de las grasas
lubricantes, más no de los aceites.
ALBARRACIN, Pedro. Lubricación industrial y
automotriz. Editorial Omega.
WITTEFF, Harold A. REUBEN, Bryan G. Productos
químicos orgánicos Industriales. Volumen II.
Editorial Limusa.
Autor:
Edwin Palma Egea & Palma Publicidad