Los Lubricantes (página 2)

5. La Teoría
De La Lubricación.

La lubricación es básica y necesaria para
la operación de casi todas las maquinarias. Sin
lubricación, casi todas las maquinarias no funcionan, o si
funcionan lo hacen por poco tiempo antes de
arruinarse.
Varios estudios hechos en EEUU concluyeron que si la tecnología actual de
lubricación fuera accesible a toda la población, se mejoraría el producto bruto
interno un 7%.
La industria de
lubricantes constantemente mejora y cambia sus productos a
medida que los requerimientos de las maquinarias nuevas cambian y
nuevos procesos
químicos y de destilación son descubiertos. Un conocimiento
básico de la tecnología de lubricación te
ayudará a elegir los mejores lubricantes para cada
necesidad.

Tipos de Lubricación
El tipo de lubricación que cada sistema necesita
se basa en la relación de los componentes en movimiento.
Hay tres tipos básicos de lubricación: por capa
límite, hidrodinámica, y mezclada. Para saber
qué tipo de lubricación ocurre en cada caso,
necesitamos saber la presión
entre los componentes a ser lubricados, la velocidad
relativa entre los componentes, la viscosidad del
lubricante y otros factores.
La lubricación límite ocurre a baja velocidad
relativa entre los componentes y cuando no hay una capa completa
de lubricante cubriendo las piezas. Durante lubricación
limítrofe, hay contacto físico entre las
superficies y hay desgaste. La cantidad de desgaste y
fricción entre las superficies depende de un número
de variables: la
calidad de las
superficies en contacto, la distancia entre las superficies, la
viscosidad del lubricante, la cantidad de lubricante presente, la
presión, el esfuerzo impartido a las superficies, y la
velocidad de movimiento. Todo esto afecta la lubricación
por capa límite.
En algún momento de velocidad crítica la
lubricación limítrofe desaparece y da lugar a la
Lubricación Hidrodinámica. Esto sucede cuando las
superficies están completamente cubiertas con una
película de lubricante.
Esta condición existe una vez que una película de
lubricante se mantiene entre los componentes y la presión
del lubricante crea una "ola" de lubricante delante de la
película que impide el contacto entre superficies. Bajo
condiciones hidrodinámicas, no hay contacto físico
entre los componentes y no hay desgaste. Si los motores pudieran
funcionar bajo condiciones hidrodinámicas todo el tiempo,
no habría necesidad de utilizar ingredientes antidesgaste
y de alta presión en las fórmulas de lubricantes. Y
el desgaste sería mínimo.
La propiedad que
más afecta lubricación hidrodinámica es la
viscosidad. La viscosidad debe ser lo suficientemente alta para
brindar lubricación (limítrofe) durante el inicio
del ciclo de funcionamiento del mecanismo con el mínimo de
desgaste, pero la viscosidad también debe ser lo
suficientemente baja para reducir al mínimo la
"fricción viscosa" del aceite a medida que es bombeada
entre los metales
(cojinetes) y las bancadas, una vez que llega a convertirse en
lubricación hidrodinámica. Una de las reglas
básicas de lubricación es que la menor cantidad de
fricción innecesaria va a ocurrir con el lubricante de
menor viscosidad posible para cada función
específica. Esto es que cuanto más baja la
viscosidad, menos energía se desperdicia bombeando el
lubricante.

Clasificación SAE (Sociedad de
Ingenieros Automotores)
Clasificación de Viscosidad utilizando como unidad de
medida el Centistoke (cSt) a100°C.
Este sistema se utiliza para clasificar los lubricantes empleados
en la lubricación de motores de combustión interna y los aceites para
lubricación de engranajes en automotores.
De acuerdo al grado SAE de viscosidad los aceites se clasifican
en:

1. Aceites Unígrados

2. Se caracterizan porque tienen solo un grado de
   viscosidad. Cuando vienen acompañados de la letra W
   (Winter) indica que el aceite permite un fácil
   arranque del motor en
   tiempo frío (temperatura por debajo de 0°C). Acorde con
   la temperatura del medio
   ambiente por debajo de 0°C, se selecciona el grado
   SAE que acompaña a la letra W, ya que cada uno de
   estos grados está en función de dicha
   temperatura. Los otros grados SAE que no traen la letra W se
   emplean para operaciones
   en clima
   cálido y bajo condiciones severas de
   funcionamiento.

3. Aceites Multígrados

Estos aceites tienen más de un grado de
viscosidad SAE. Ej. 15W40. Poseen un alto índice de
viscosidad lo cual les da un comportamiento
uniforme a diferentes temperaturas, tanto en clima frío
con en clima cálido.
Una de las ventajas más importantes de los aceites
multigrados con respecto a los unígrados, es el ahorro de
combustible debido a la disminución de la fricción
en las diferentes partes del motor, principalmente en la parte
superior del pistón. Los números SAE. Los
números SAE de viscosidad constituyen clasificaciones de
aceites lubricantes en términos de viscosidad solamente.
Los valores
oficiales de 0ºF y 210ºF son los especificados en la
clasificación. Los grados Centistokes representan la
viscosidad cinemática
y los centispoises la dinámica. La siguiente tabla muestra como se
determinan los Números SAE.

6. Determinación
de las propiedades de los aceites lubricantes

Ensayo De Viscosidad
La máquina para ensayos de
viscosidad con la que cuenta el laboratorio de
nuestra universidad (fig.
1), consta de un cilindro de vidrio
transparente lleno de vaselina medicinal líquida iluminado
desde el fondo por una luz, en el cual
se colocan 2 pipetas (unos tubos de vidrio normalizados que
contienen al aceite y sirven para efectuar la medición de viscosidad). El objetivo del
baño de vaselina es alcanzar la temperatura de ensayo
(40ºC y 100ºC) y homogeneizar esta en toda la
superficie del tubo que contiene el aceite. Esto se consigue
mediante una resistencia
eléctrica, un agitador, y un sistema electrónico de
termostato que censa y regula la temperatura.
Todo el dispositivo se encuentra encerrado en una caja
transparente para evitar el intercambio de calor entre el
cilindro y el medio. Este es un sistema de medición
indirecto de la viscosidad.
Para realizar el ensayo se
procede como sigue:

1. Mediante una propipeta o pera se bombea aire desde el
   extremo 1 del tubo para que el aceite llegue a llenar el bulbo
   de la pipeta hasta la marca a
   de la parte calibrada del tubo.
2. Se quita la presión del aire y se toma el
   tiempo que el aceite tarda en vaciar el bulbo de la marca
   a hasta la b pasando por un tubo calibrado.
3. Con el tiempo registrado se ingresa a una tabla de
   equivalencias, a la cual se afecta también con la
   constante del tubo, obteniendo así el valor de la
   viscosidad a la temperatura de ensayo.

Ensayo De Cuatro Bolas
La máquina para realizar este ensayo consta de 3 bolillas
calibradas de acero que sirven
de asiento para la cuarta bolilla. Estas 4 bolillas están
en contacto entre sí sumergidas en un baño del
aceite a ensayar y las tres inferiores están conectadas a
un torquímetro de zafe censado por un sistema
electrónico.
La bola superior, que gira con una velocidad normalizada, es
cargada normalmente de modo que ejerza presión sobre las 3
bolillas fijas. Esta presión se incrementa gradualmente
hasta que se empiezan a producir pequeñas soldaduras entre
las bolillas debido a la ruptura de la capa lubricante que las
protege, quedando en contacto directo unas con otras.
Estas soldaduras ocasionan una transferencia de torque desde la
bolilla superior a las 3 inferiores, transferencia de movimiento
que antes no existía por la presencia de una capa del
lubricante. Esta transferencia es detectada por el
torquímetro y mediante un sistema informático se
elabora un gráfico del ensayo.
El ensayo se repite varias veces para corroborar los
resultados.
Cabe aclarar que las bolillas se inutilizan luego de cada
ensayo.
El resultado de este ensayo nos indica a que presión se
rompe la capa efectiva de protección del lubricante.
Como resultado mas importante de este ensayo, podemos destacar
que nos indica hasta que presión puede trabajar el
lubricante sin perder sus propiedades características. Además, este ensayo
es aplicable también para las grasas.

7. Grasas
lubricantes

Las grasas son usadas en aplicaciones donde los
lubricantes líquidos no pueden proveer la
protección requerida. Es fácil aplicarlas y
requieren poco mantenimiento.
Están básicamente constituidas por aceite (mineral
o sintético) y un jabón espesante que es el
"transporte "
del aceite, siendo este último el que tiene las
propiedades lubricantes, no así el jabón.
Las principales propiedades de las grasas son que se quedan
adheridas en el lugar de aplicación, provee un sellamiento
y un espesor laminar extra.
La lubricación por grasa posee ciertas ventajas en
relación con la lubricación por aceite:

• La construcción y el diseño son menos complejos.
• A menudo menor mantenimiento, al ser posible la
  lubricación de por vida.
• Menor riesgo de fugas
  y juntas de estanqueidad más sencillas.
• Eficaz obturación gracias a la salida de la
  grasa usada, es decir, la "formación de cuellos de
  grasa".
• Con grasas para altas velocidades, cantidades de
  grasa dosificadas y un proceso de
  rodaje pueden obtenerse bajas temperaturas del cojinete a
  elevado número de revoluciones.

Pero también posee desventajas como
ser:

• No es posible la evacuación de
  calor.
• La película de grasas absorbe las impurezas y
  no las expulsa, sobre todo en el caso de lubricación con
  cantidades mínimas de grasa.
• Según el nivel actual de conocimientos,
  menores números límites
  de revoluciones o bien factores de velocidad admisibles en
  comparación con la lubricación por
  inyección de aceite y la lubricación por
  pulverización.

Clasificación De Las Grasas Lubricantes
La clasificación de las grasas lubricantes no está
regulada de forma clara. A causa de las múltiples
aplicaciones y de las diferentes composiciones, las grasas se
clasifican principalmente según su aceite base o su
espesante.

Aceite base:
El aceite contenido en una grasa se denomina aceite base. Su
porcentaje varía según el tipo y la cantidad de
espesante, así como según la aplicación
prevista de la grasa lubricante. El porcentaje de aceite base se
sitúa en la mayoría de las grasas entre 85 y
97%.
El tipo de aceite base aporta a la grasa alguna de sus
propiedades típicas.

Espesantes:
Los espesantes se dividen en dos grupos: los
organometálicos (jabón) y los no
organometálicos, y confieren a las grasas lubricantes su
comportamiento típico. Las grasas lubricantes de
jabón se dividen en grasas lubricantes de jabón
complejo y normal, tomando su denominación según el
catión básico del jabón (p. ej. grasas
lubricantes de jabón de litio, sodio, calcio, bario,
aluminio).
Estos jabones se elaboran a partir de ácidos
grasos, que son productos obtenidos de aceites y grasas animales y
vegetales.
En una unión de estos ácidos con los
hidróxidos metálicos correspondientes se produce la
formación de jabones utilizados como espesantes para la
fabricación de grasas lubricantes.
Esta subdivisión según cationes de jabón es
especialmente significativa. Los cationes aportan importantes
características específicas del producto, por
ejemplo, el punto de goteo de las grasas de jabón de
calcio asciende a < 130°C, mientras que el de las grasas
de jabón de litio alcanza unos 180°C.
Si se combinan dos o más cationes, se habla de tipos de
grasas lubricantes de base mixta.
El porcentaje de espesantes en las grasas lubricantes se
sitúa, por término medio, entre 3 y 15%, siendo
algunas veces mayor. El porcentaje de espesante depende de la
composición de la grasa, de su consistencia, así
como del tipo de espesante y del procedimiento de
fabricación correspondiente. Sustancias
activas:

Aditivos en las grasas
Los aditivos pueden alterar el comportamiento de las grasas
lubricantes. Los factores que influencian la selección
de aditivos son:

• Requerimientos de desempeño (aplicación del
  producto) · Compatibilidad (reacciones)
• Consideraciones ambientales (aplicación del
  producto, olor, biodegradabilidad,
  disposición)
• Color
• Costo

Muchos de los aditivos son químicamente activos, esto es,
ellos producen su efecto a través de reacciones
químicas ya sea con el medio, o con la superficie
metálica.
Algunos aditivos activos químicamente son:

• Inhibidores de oxidación.
• Anticorrosivos.
• Agentes de extrema presión y
  antirrecubrimiento.

Los aditivos que afectan las propiedades de la grasa,
como la estructura,
tolerancia al
agua,
son:

• Modificadores de viscosidad
• Depresantes de punto de
  congelación
• Agentes antiespumantes
• Emulsificadores
• Demulsificadores.

Sustancias activas sólidas:
El grafito, el disulfuro de molibdeno, el sulfuro de cinc, talco,
politetrafluoroetileno, etc. se incorporan en las grasas en forma
de polvo o pigmentos. Actúan en la zona de fricción
límite y mixta. Las sustancias activas sólidas
mejoran el proceso de rodaje y el comportamiento de
lubricación de emergencia.

Sustancias activas polares:
Las sustancias polares son moléculas de hidrocarburo que,
como consecuencia de su estructura molecular, es decir, mediante
la absorción de otros elementos como oxígeno, azufre y cloro, dejan de ser
eléctricamente neutros y, en combinación con
superficies metálicas, permanecen retenidas como con un
imán. El contenido de sustancias polares aumenta el efecto
de adherencia de la película lubricante; los hidrocarburos
puros son "no polares".

Sustancias activas polímeras:
La interdependencia entre la temperatura y la viscosidad de los
aceites minerales puede
reducirse mediante las sustancias activas. Por regla general los
polímeros mejoran la protección contra el desgaste
de los lubricante. Los poliisobutilenos y los polímeros de
olefina, entre otros, son aditivos mejoradores de la adherencia
para las grasas lubricantes.

Ensayos De Grasas Lubricantes
Debe distinguirse entre ensayos químico-físicos y
mecánico-dinámicos. Sirven para establecer los
datos
característicos tribotécnicos de las grasas. Estas
pruebas
también son de especial importancia para el control de
calidad durante la fabricación. La orientación
se efectúa según los valores
teóricos y las tolerancias admisibles/fijadas en la
fórmula o en la norma de taller.
En ocasiones, estos valores vienen indicados previamente como
especificaciones de producto, por ejemplo, por parte de los
fabricantes de automóviles. En muchos casos existe un
acuerdo individual sobre determinados valores y controles de
aceptación entre los usuarios y los fabricantes de
grasas.
Los ensayos normalizados según DIN, IP, ASTM,
FTMS, SAE, etc. ofrecen múltiples bases de ensayo, que son
complementadas a nivel individual mediante tests especiales. Los
resultados de los ensayos y tests de funcionamiento realizados en
condiciones similares a las reales, p. ej. en bancos de pruebas
para grasas de rodamientos, ofrecen conocimientos de gran
utilidad, si
bien nunca podrán sustituir a los ensayos reales y a las
experiencias resultantes de los mismos.

Ensayo De Penetración

Este ensayo se hace para determinar el grado de
resistencia a la penetración (grado N.L.G.I.) que tienen
las grasas, de forma similar a la que se mide la dureza de los
materiales.
La diferencia entre un grado de penetración o "dureza" de
una grasa y otra, es muy importante a la hora de elegir una grasa
para una determinada aplicación. Por ejemplo, una grasa
muy dura no sería adecuada para la lubricac0ión de
un rodamiento que gire a elevadas velocidades, porque al ofrecer
mayor resistencia, se calentaría demasiado, con los
inconvenientes que esto apareja.
El aparato para realizar este ensayo consiste en un bastidor con
una base donde está ubicada la muestra de grasa. Por
encima de la muestra esta el cono penetrador (de peso, forma y
material normalizados), conectado a un reloj comparador que mide
en décimas de mm. Una vez posicionada la muestra en la
base, se deja por gravedad caer el cono sobre la superficie
rasada de la muestra de la grasa, y el reloj medirá la
profundidad que penetró el cono en la grasa.
De esta manera, se determina la "dureza" o grado de
penetración de las grasas.
Depende la profundidad de penetración se clasifican las
grasas en fluidas, blandas y semiduras, sólidas y duras.
Un aspecto a tener en cuenta antes de hacer este ensayo, es
trabajar la grasa para homogeneizar su masa y además darle
una cierta temperatura, similar a la de trabajo.

Determinación Del Punto De
Goteo
El aparato para realizar este ensayo consta de un envase
cilíndrico de vidrio pyrex que contiene un aceite
siliconado. Dentro de este envase se sumerge un tubo de vidrio
especial, similar a un tubo de ensayo, dentro del cual se coloca
un dispositivo que contiene una pequeña muestra de grasa y
tiene un pequeño orificio en la parte inferior. En
contacto con la muestra se coloca un termómetro (para medir la temperatura de la
grasa), y otro en el baño de aceite para determinar la
temperatura de este.
Una resistencia eléctrica calienta el aceite siliconado
hasta que del dispositivo que contiene a la grasa cae la primer
gota de aceite que se separa de la grasa por efecto de la
temperatura. En ese momento se registra la temperatura de la
grasa con el termómetro y esta se denomina temperatura del
punto de goteo, propiedad particular de cada grasa. Este punto es
la temperatura máxima a la que puede operar una grasa
antes de que el aceite se separe del jabón.

8.
Bibliografía

Aceites y lubricantes industriales – Su
tecnología y aplicación – YPF
Lubricación para motores de combustión interna
(Material enviado por ELF ARGENTINA)
Guía para mecánicos – División
lubricantes YPF-
Revista
"Notitécnico Nro 12" de Shell
Revista AC+H (Aire comprimido e hidráulica)
Apuntes de Ingeniería Mecánica III – UTN Córdoba
–

Investigación en Internet:
www.firm.utp.ac.pa/biblioteca/cursos/aditivos
–Universidad Tecnológica de Panamá
–
www.idpaparatos.com – Equipos y aparatos para el control de
calidad de lubricantes y derivados del
petróleo.
www.patagonia4x4.com.ar/profe/entendiendo.htm
–Artículo "Entendiendo la lubricación y los
lubricantes" Prof. Daniel Starc – Ing. Julio A. Rubio
Lopez
www.shell.com/ar-es/directory/0,4583,28216,00.htm –
Descripción de los lubricantes y sus
aplicaciones

Agradecimientos
Al Ing. Sara por su tiempo y por cedernos los laboratorios de la
universidad.
A Edelmar Bonino por facilitarnos las muestras de aceite y
catálogos.
A Claudio Cabrera, Nicolás Imvinkelried, Lucas
Imvinkelried, Paulo Paravano, Mario Mierke y Rodolfo Otaño
por el material cedido y su colaboración.
A Melina Busso y Carolina Attallah por facilitarnos los
scanners.
AUTORES: Ariel Argento – Bruno Bonino – Pablo Brusco
– Ezequiel Cometto – Gonzalo García –
Hernán Solaro
Estudiantes de 2do año de Ingeniería Industrial
UTN Facultad Regional Rafaela
Este trabajo esta originalmente ilustrado con imágenes y
gráficos, así como también se
profundizan un poco mas algunos
temas. Dichas imágenes no fueron incluidas en el presente
informe por una
cuestión de capacidad (el archivo original
tiene 3mb). Si están interesados, contáctese
vía e-mail y les mandaremos los archivos
restantes.

Autor:

Ezequiel Cometto