Lubricacion y lubricantes

SECCION UNO

Fricción

Qué es
fricción?

Cuando una superficie se desliza sobre otra, siempre hay
resistencia al movimiento. Esta fuerza de resistencia, o
fricción, depende de la naturaleza de las dos superficies
en contacto. Cuando la fricción es pequeña, por
ejemplo cuando un esquiador se desliza hacia abajo sobre la
nieve, el movimiento es suave y fácil. Cuando la
fricción es grande, deslizarse se vuelve difícil,
las superficies se calientan y sufren desgaste. Esto pasa, por
ejemplo, cuando las pastillas de freno son aplicadas para
disminuir la velocidad de un vehículo.

Qué causa la
fricción?

La fricción es el resultado de la rugosidad de
las superficies. Bajo microscopio electrónico, aún
las superficies aparentemente más lisas (menos rugosas),
muestran muchas rugosidades o asperezas.

Dos superficies que aparentan estar en contacto total,
realmente se están tocando una con la otra en los picos de
sus asperezas. Toda carga es por lo tanto soportada solamente en
unos pequeños puntos y la presión sobre estos es
enorme.

Cuando las superficies se mueven, las asperezas pueden
quedar trancadas una con las otra y se pueden soldar. Cuanto
más presione una superficie con la otra, mayor será
la fricción.

Consecuencias de la
fricción

En la mayoría de las máquinas es
importante minimizar la fricción entre las partes
móviles. Cuando la fricción es excesiva, tiene que
hacerse trabajo adicional para continuar él
movimiento. Esto genera calor y gasto de
energía. La fricción también
incrementa el desgaste y por tanto reduce la vida de la
máquina.

Más acerca de LA
FRICCION

En física clásica hay dos leyes que
describen la fricción entre dos superficies:

La primera ley de la fricción,
establece que la fricción entre dos sólidos es
independiente del área de contacto. Por lo tanto de
acuerdo con esta ley, cuando un ladrillo es movido a lo largo de
una lámina de metal la fuerza opuesta a su movimiento
será la misma por cualquiera de sus caras.

La segunda ley de la fricción,
establece que la fricción es proporcional a la carga
ejercida por una superficie sobre otra. Esto significa que,
sí un segundo ladrillo es colocado encima del ladrillo del
primer ejemplo, la fricción será duplicada. Tres
ladrillos triplicarán la fricción y así
sucesivamente.

Como la fuerza friccional entre dos superficies es,
proporcional a la carga es posible definir un valor conocido como
coeficiente de fricción, el cual es igual
a la fricción dividida por la carga. El coeficiente de
fricción depende de la naturaleza de las dos superficies
en contacto. Para sólidos ordinarios oscila en el rango de
0.3 y 3. Cuando aplicamos un lubricante entre las dos
superficies, el coeficiente de fricción y por lo tanto, la
fuerza necesaria para producir el movimiento relativo, se reduce.
De acuerdo a las leyes de fricción, el coeficiente de
fricción de dos cuerpos debe ser una constante. En la
práctica, éste varía ligeramente con cambios
en la carga y con cambios en la velocidad de deslizamiento. La
fuerza necesaria para que una superficie comience a deslizarse
sobre otra, es decir, la fricción
estática, es siempre mayor que la
fricción dinámica, que se define
como la fuerza necesaria para que ambas superficies se mantengan
en movimiento una vez éste haya comenzado.

Lubricación

Qué es la
lubricación?

Cualquier procedimiento que reduzca la fricción
entre dos superficies móviles es denominado
lubricación. Cualquier material utilizado para este
propósito es conocido como lubricante.

Cómo reduce la
fricción el lubricante?

La principal función de un lubricante es proveer
una película para separar las superficies y hacer el
movimiento más fácil. En un modelo donde un
líquido actúa como lubricante, el líquido se
comporta formando una película en las dos superficies
externas, superior e inferior, adheridas firmemente. A medida que
una de las superficies se mueva sobre la otra, las capas externas
del lubricante permanecen adheridas a las superficies mientras
que las capas internas son forzadas a deslizarse una sobre otra.
La resistencia al movimiento no está gobernada por la
fuerza requerida para separar las rugosidades de las dos
superficies y poder moverse. En su lugar, esta resistencia
está determinada por la fuerza necesaria para deslizar las
capas de lubricante una sobre otra. Esta es normalmente mucho
menor que la fuerza necesaria para superar la fricción
entre dos superficies sin lubricar.

Las consecuencias de la
lubricación

Debido a que la lubricación disminuye la
fricción, ésta ahorra energía y reduce el
desgaste. Sin embargo ni el mejor lubricante podría
eliminar completamente la fricción. En el motor de un
vehículo eficientemente lubricado, por ejemplo, casi el
20% de la energía generada es usada para superar la
fricción.

La lubricación siempre mejora la suavidad del
movimiento de una superficie sobre otra. Esto se puede lograr de
distintas maneras. Los distintos tipos de lubricación
normalmente son denominados Regímenes de
Lubricación. Durante el ciclo de trabajo de la
máquina puede haber cambios entre los diferentes
regímenes de lubricación.

Las mejores condiciones de lubricación existen
cuando las dos superficies móviles están
completamente separadas por una película de lubricante
suficiente, como el modelo descrito anteriormente. Esta forma de
lubricación es conocida como Hidrodinámica o
lubricación de película gruesa. El espesor
de la película de aceite depende principalmente de la
viscosidad del lubricante, una medida de su
espesor o la resistencia a fluir.

Por otro lado, la lubricación es menos eficiente
cuando la película es tan delgada que el contacto entre
las superficies tiene lugar sobre una área similar a
cuando no existe lubricación. Estas condiciones definen la
lubricación límite. La carga total
es soportada por capas muy pequeñas de lubricante
adyacentes a las superficies. La fricción es menor que en
superficies completamente sin lubricar y está
principalmente determinada por la naturaleza química del
lubricante.

Varios regímenes de lubricación han sido
identificados entre los dos extremos de lubricación
hidrodinámica y límite.

Las siguientes son las dos más
importantes:

• Lubricación mixta o de película
  delgada, existe cuando las superficies
  móviles están separadas por una película
  de lubricante continua con espesor comparable a la rugosidad
  de las superficies. Esta carga entonces está soportada
  por una mezcla de presión de aceite y los contactos
  entre superficies de tal forma que las propiedades de este
  régimen de lubricación son una
  combinación tanto de lubricación
  hidrodinámica como límite.

• La lubricación
  elastohidrodinámica, es un tipo especial de
  lubricación hidrodinámica la cual se puede
  desarrollar en ciertos contactos con altas cargas, tales como
  cojinetes y algunos tipos de engranajes. En estos mecanismos
  él lubricante es arrastrado hacia el área de
  contacto y luego sujeto a muy altas presiones a medida que es
  comprimido bajo carga pesada. El incremento de la
  presión tiene dos efectos. En primer lugar causa
  él incremento en la viscosidad del lubricante y por lo
  tanto un aumento en su capacidad de soportar cargas. En
  segundo lugar, la presión deforma las superficies
  cargadas y distribuye la carga sobre un área
  mayor.

El mecanismo de la
lubricación

La mayoría de las máquinas son lubricadas
mediante líquidos. Cómo puede un líquido
separar superficies y reducir la fricción entre ellas? Con
el objeto de entender de que forma los líquidos lubrican
en la práctica, es útil observar el caso del
cojinete. En este dispositivo sencillo ampliamente utilizado, un
eje soporta las cargas y rota dentro de una cavidad de aceite. Un
ejemplo es una biela del motor de un vehículo. A medida
que el eje rota, una cuña de aceite se forma entre las
superficies, la cual genera suficiente presión para
mantenerlas separadas y soportar la carga del eje. Las
cuñas de aceite, se pueden formar en otro tipo de
cojinetes, tales como cojinetes con elementos deslizantes y
rodantes, por un mecanismo similar.

La lubricación más eficiente, es la
lubricación hidrodinámica y se obtiene cuando
la película de aceite que se genera en un cojinete tiene
un espesor varias veces mayor que la rugosidad de las superficies
sólidas opuestas.

Si la película de aceite es demasiado delgada,
las superficies entran en contacto directo, la fricción se
incrementa, se genera calor y las superficies sufren
desgaste.

Varios factores influyen en la formación de la
película de aceite y por lo tanto en la eficiencia de la
lubricación:

• Viscosidad del lubricante.
  Este es el factor más importante. Sí la
  viscosidad del lubricante es demasiado baja, esto significa
  que la capa lubricante es demasiado delgada, y por tanto no
  será capaz de formar una cuña de aceite
  adecuada. Si, por otro lado, la viscosidad es demasiado alta,
  el espesor del lubricante puede restringir el movimiento
  relativo entre dos superficies. La viscosidad de un
  líquido disminuye al incrementarse la temperatura, por
  lo tanto un cojinete que esté lubricado eficientemente
  en frío puede que no trabaje bien a altas
  temperaturas. Estudiaremos la viscosidad y su
  variación con la temperatura con más detalle en
  la siguiente sección.

• Diseño del cojinete.
  La forma de las superficies lubricadas debe favorecer la
  formación de una cuña de aceite. Por lo tanto
  debe haber un espacio adecuado entre las superficies
  móviles.

• Alimentación del
  lubricante. Evidentemente la
  lubricación hidrodinámica no se puede
  desarrollar sí no hay suficiente lubricante para
  cubrir todas las superficies en contacto.

• El movimiento relativo de las
  superficies. Cuanto mayor sea la velocidad
  de deslizamiento mayor será el grosor de la
  película de aceite, asumiendo que la temperatura
  permanezca constante. Una consecuencia importante de esto es
  que las superficies en movimiento, tenderán a entrar
  en contacto cuando el equipo arranque o pare.

• Carga. A cualquier
  temperatura dada, un incremento de la carga tenderá a
  disminuir la película de aceite. Una carga excesiva
  tenderá a incrementar la fricción y el
  desgaste.

Funciones de los
lubricantes

Los lubricantes no solamente deben lubricar. En la
mayoría de las aplicaciones deben refrigerar, proteger,
mantener la limpieza y algunas veces llevar a cabo otras
funciones.

• Lubricación.
  La principal función de un lubricante es simplemente
  hacer más fácil que una superficie se deslice
  sobre otra. Esto reduce la fricción, el desgaste y
  ahorra energía.

• Refrigeración. Cualquier
  material que reduzca la fricción actuará como
  un refrigerante, simplemente, porque reduce la cantidad de
  calor generada cuando dos superficies rozan una contra otra.
  Muchas máquinas generan cantidades considerables de
  calor aún siendo correctamente lubricadas, este calor
  debe ser eliminado para que la máquina funcione
  eficientemente. Los lubricantes son frecuentemente usados
  para prevenir él sobrecalentamiento, transfiriendo
  calor de las áreas más calientes a las
  áreas más frías. Quizás el
  ejemplo más familiar de un lubricante empleado como
  refrigerante es él aceite utilizado en los motores de
  nuestros vehículos, pero esta función es vital
  en muchas otras aplicaciones. Los aceites para compresores,
  los aceites para turbinas, aceites para engranajes, aceites
  de corte y muchos otros lubricantes deben ser buenos
  refrigerantes.

• Protección contra la
  corrosión. Obviamente, un lubricante no debe
  causar corrosión. Idealmente, debe proteger
  activamente las superficies que lubrica, inhibiendo cualquier
  daño que pueda ser causado por el agua, ácidos
  u otros agentes dañinos que contaminen el sistema. Los
  lubricantes deben proteger contra la corrosión en dos
  formas diferentes: Deben cubrir la superficie y proveer una
  barrera física contra el ataque químico, y
  además, deben neutralizar los químicos
  corrosivos que se generen durante la operación del
  equipo.

• Mantenimiento de la
  limpieza. La eficiencia con la cual una
  máquina opera es reducida sí su mecanismo
  sé contamina con polvo y arena, o los productos del
  desgaste y la corrosión. Estas partículas
  sólidas pueden incrementar el desgaste, promover
  más corrosión y pueden bloquear las
  tuberías de alimentación de lubricante y los
  filtros. Los lubricantes ayudan a mantener las
  máquinas limpias y operando eficientemente, limpiando
  los contaminantes de los mecanismos. Algunos lubricantes,
  contienen además aditivos que suspenden las
  partículas y dispersan los contaminantes solubles en
  el aceite. Esto detiene la acumulación y
  depósito sobre las superficies de trabajo
  lubricadas.

Los lubricantes utilizados para
aplicaciones particulares pueden requerir otras funciones
además de las descritas anteriormente. Por
ejemplo:

• Sellado. El aceite
  utilizado en motores de combustión interna debe
  proveer un sellado efectivo entre los anillos del
  pistón y las paredes del cilindro. El sellado es
  también importante en la lubricación de bombas
  y compresores.

• Transmisión de
  Potencia. Los aceites hidráulicos son usados
  para la transmisión y control de la potencia, al igual
  que lubrican el sistema hidráulico.

• Aislamiento. Los
  aceites de aislamiento son utilizados en los transformadores
  eléctricos e interruptores de potencia.

SECCION DOS

Tipos de
lubricantes

Hay básicamente cuatro tipos de materiales que
pueden ser usados como lubricante:

• Líquidos.
  Distintos líquidos pueden ser utilizados como
  lubricantes, pero los más ampliamente utilizados son
  los basados en aceites minerales derivados del
  petróleo. Su fabricación y composición
  será vista con más detalle en la próxima
  sección de este tutorial. Otros aceites utilizados
  como lubricantes son los aceites naturales (aceites
  animales o vegetales) y los aceites sintéticos.
  Los aceites naturales pueden ser excelentes lubricantes, pero
  tienden a degradarse más rápido en uso que los
  aceites minerales. En el pasado fueron poco utilizados para
  aplicaciones de ingeniería por sí solos, aunque
  algunas veces se usaron mezclados con los aceites minerales.
  Recientemente, ha habido un interés creciente sobre
  las posibles aplicaciones de los aceites vegetales como
  lubricantes. Estos aceites son biodegradables y menos nocivos
  al medio ambiente que los aceites minerales. Los aceites
  sintéticos son fabricados mediante procesos
  químicos y tienden a ser costosos. Son especialmente
  usados cuando alguna propiedad en particular es esencial, tal
  como la resistencia a temperaturas extremas, como es el caso
  de los lubricantes para motores aeronáuticos. A
  temperaturas normales de operación, los aceites fluyen
  libremente, de tal forma que pueden ser fácilmente
  alimentados hacia o desde las partes móviles de la
  máquina para proveer una lubricación efectiva,
  extraer el calor, y las partículas contaminantes. Por
  otro lado, debido a que son líquidos, pueden existir
  fugas en el circuito lubricante y provocar graves
  averías al no lubricar suficientemente las partes
  móviles del equipo.

• Grasas. Una grasa es
  un lubricante semifluido generalmente elaborado a partir de
  aceites minerales y agentes espesantes
  (tradicionalmente jabón o arcilla), que permite
  retener el lubricante en los sitios donde se aplica. Las
  grasas protegen efectivamente las superficies de la
  contaminación externa, sin embargo, debido a que no
  fluyen como los aceites, son menos refrigerantes que
  éstos y más difíciles de aplicar a una
  máquina cuando está en
  operación.

• Sólidos. Los
  materiales utilizados como lubricantes sólidos son
  grafito, bisulfuro de molibdeno y
  politetrafluoroetileno (PTFE o Teflón). Estos
  compuestos son utilizados en menor escala que los aceites y
  grasas, pero son perfectos para aplicaciones especiales en
  condiciones donde los aceites y las grasas no pueden ser
  empleados. Pueden ser usados en condiciones extremas de
  temperatura y ambientes químicos muy agresivos. Por
  ejemplo, las patas telescópicas del Módulo
  Lunar del Apolo fueron lubricadas con bisulfuro de
  molibdeno.

• Gases. El aire y
  otros gases pueden ser empleados como lubricantes en
  aplicaciones especiales. Los cojinetes lubricados con aire
  pueden operar a altas velocidades, pero deben tener
  bajas cargas. Un ejemplo de lubricación por
  aire son las fresas de los dentistas.

En la siguiente tabla podremos encontrar
las características de los distintos materiales
lubricantes:

Leyenda :

Excelente ****

Muy Bueno ***

Bueno **

Regular *

No aplicable x

PROPIEDADES IMPORTANTES DE LOS
LUBRICANTES

Muchos factores deben ser tenidos en cuenta cuando se
escoge un aceite. El principal es la viscosidad.

Viscosidad

La definición más simple de viscosidad es
la resistencia a fluir. Bajo las mismas condiciones de
temperatura y presión un líquido con una viscosidad
baja, como el agua, fluirá más rápidamente
que líquido con alta viscosidad como la miel. La
viscosidad de los aceites para motores de combustión
interna, están clasificadas de acuerdo al sistema
SAE diseñado por la Sociedad Americana de
Ingenieros Automotrices. Para los aceites de motor se han
especificado diez grados, cada uno correspondiente a un rango de
viscosidad. Cuatro de los grados están basados en las
medidas de viscosidad a 100°C. Estas son en su orden de
incremento de la viscosidad, SAE 20, SAE 30,

SAE 40 y SAE 50. Los otros grados están basados
en la medida de la máxima viscosidad a bajas temperaturas.
Estos grados son: SAE 0W (medida a -30°C), SAE 5W (medida a
-25°C), SAE 10W (medida a -20°C).

El sufijo "W" indica que un aceite es adecuado para uso
en invierno. Los aceites que pueden ser clasificados en solo uno
de los anteriores grados, son conocidos como aceites
monogrado. Un aceite que cumpla con los requerimientos de dos
grados simultáneamente, es conocido como un aceite
multigrado. Por ejemplo, un aceite SAE 20W20 tiene una
viscosidad a 100ºC que lo califica para el rango
20W.

Los grados SAE al igual que definen los grados de
viscosidad, también definen la temperatura límite
de bombeabilidad (BPT) para los grados "W" del aceite. La
temperatura límite de bombeabilidad está definida
como la temperatura más baja a la cual un aceite para
motor puede ser continua y adecuadamente suministrado a la bomba
de aceite del motor.

Un sistema similar al usado para los aceites de motor es
utilizado para clasificar los aceites de engranajes automotrices.
En este sistema, los grados

SAE 90, SAE 140 y SAE 250 están basados en las
medidas de viscosidad a 100°C y los grados SAE 75W, 80W y 85W
son medidas a -49°C, -26°C y -12°C respectivamente.
El sistema de clasificación de estos aceites para
engranajes es independiente del usado para aceites de motor, lo
cual hace difícil comparar sus viscosidades. Por ejemplo,
un aceite para motor SAE 50 puede realmente ser un poco
más viscoso que un aceite para engranajes SAE
80W.

Se utilizan sistemas alternativos para clasificar los
lubricantes industriales de acuerdo con sus
viscosidades.

En el sistema ISO se definen 18 grados, cada uno
cubre un pequeño rango de viscosidad y está
especificado por el término ISO VG seguido por un
número, el cual es una medida de su viscosidad a 40°C.
Esta viscosidad, a cualquier grado, es mayor que su grado
inmediatamente anterior. Es importante anotar que, cualquiera que
sea el sistema de grados usado SAE, BSI o ISO, el número
se relaciona solamente con la viscosidad del aceite. Esto no
revela nada respecto al resto de sus propiedades.

Más acerca de la
viscosidad

La viscosidad puede ser definida en términos de
un modelo simple, en el cual una película fina de
líquido es colocada entre dos superficies planas
paralelas. Las moléculas del líquido son
consideradas como esferas que pueden rodar en capas entre las
superficies a lo largo de ellas. La viscosidad del líquido
es esencialmente una medida de la fricción entre dos
moléculas mientras se mueven unas sobre las otras. Depende
de las fuerzas entre las moléculas y por lo tanto
están influenciadas por su estructura
molecular.

Suponga que la superficie inferior se mantiene
estacionaria, y la superior es movida a lo largo a una velocidad
constante. Las moléculas cerca de la superficie en
movimiento tenderán a adherirse y a moverse con ella, las
capas interiores se moverán igualmente pero más
despacio, y las del fondo no se moverán. Este movimiento
ordenado de las moléculas es definido como flujo
viscoso y la diferencia en la velocidad de cada capa es
conocida como velocidad de cizallamiento. La viscosidad es
definida como límite elástico (que es la fuerza
causante del movimiento de las capas) dividida por la
velocidad de cizallamiento. Esta definición de
viscosidad es la viscosidad absoluta o dinámica, y
es usada por los ingenieros en cálculos de diseño
de cojinetes. Es medida con una unidad conocida como
centipoise (cP). Los fabricantes de lubricantes y los
ingenieros normalmente encuentran más conveniente utilizar
la definición alternativa, la viscosidad
cinemática. Esta es la viscosidad dinámica
dividida por la densidad del lubricante y su unidad son los
centistokes (cSt). El agua a temperatura ambiente tiene una
viscosidad cinemática cercana a 1 cSt y la viscosidad de
la mayoría de los aceites lubricantes a su temperatura de
operación oscila en el rango de 10 – 1000cSt.

Índice de
Viscosidad

La selección de un lubricante adecuado requiere
no solo conocer su viscosidad, sino también, entender la
forma en la que cambia con la temperatura. La viscosidad de
cualquier líquido disminuye a medida que la temperatura
aumenta, por lo tanto, un aceite con una viscosidad apropiada a
temperatura ambiente, puede ser muy delgado a la temperatura de
operación, un aceite con viscosidad adecuada a la
temperatura de operación puede llegar a ser tan viscoso a
bajas temperaturas que impide el arranque en frío del
mecanismo lubricado.

El índice de viscosidad de un lubricante
describe el efecto de la temperatura en su viscosidad. Los
aceites con una viscosidad muy sensible a los cambios de la
temperatura se dice que tienen un bajo índice de
viscosidad, los aceites de alto índice de viscosidad son
menos sensibles a los cambios de temperatura. El índice de
viscosidad de un aceite está determinado por su viscosidad
a 40°C y 100°C. El rango normal de índice de
viscosidad para aceites minerales es de 0 a 100. Aceites con
índice de viscosidad mayor de 85, son llamados aceites de
alto índice de viscosidad (HVI). Aquellos con
índices menores a 30 son conocidos como aceites de bajo
índice de viscosidad (LVI), los situados en el
rango intermedio son conocidos como aceites de mediano
índice de viscosidad (MVI). Como veremos en la
siguiente sección, es posible incrementar el índice
de viscosidad de un aceite mineral adicionando un mejorador
del índice de viscosidad. Esto permite la
producción de aceites de motor multigrados con
índices de viscosidad superiores a 130.

A medida que un líquido se calienta las fuerzas
entre sus moléculas se debilitan y éstas son
capaces de moverse más libremente. La fricción
entre ellas y la viscosidad del líquido disminuyen a
medida que la temperatura se incrementa. Generalmente, para la
mayoría de los líquidos comunes, entre más
grandes sean las moléculas, m será afectada su
viscosidad por los cambios de temperatura. Cuando se compara
gráficamente viscosidad contra temperatura, se obtiene una
curva suave, pero la forma precisa de la curva depende del
líquido en particular. Debido a esto, muchas medidas de
viscosidad y temperatura son necesarias antes de ser posible
predecir exactamente la viscosidad a una temperatura dada. Sin
embargo, se ha demostrado que para una escala diferente en los
ejes de la gráfica, es posible producir una línea
recta relacionando los datos de viscosidad y temperatura para la
mayoría de los líquidos (las escalas escogidas son
la logarítmica de la temperatura y el logaritmo de la
viscosidad). Utilizando tales gráficas, es posible
predecir la viscosidad de un líquido a cualquier
temperatura, si se conocen las viscosidades a dos temperaturas.
El sistema del índice de viscosidad depende de esta
relación. El índice de viscosidad de un aceite
desconocido es asignado comparando sus características de
viscosidad/temperatura con aceites estándar de referencia.
Los estándares usados fueron escogidos hace años y
en ese tiempo fueron aceites que mostraron los mayores y menores
cambios en la viscosidad con la temperatura. Sus índices
de viscosidad fueron valores arbitrariamente asignados de 0 a 100
respectivamente, y se asumió que cualquier otro aceite
tendría un índice de viscosidad entre estos
límites.

En la práctica, el sistema del índice de
viscosidad tiene varias limitaciones particularmente para aceites
con alto índice de viscosidad. Su uso principal,
simplemente es dar una indicación de la forma como la
viscosidad cambia con la temperatura.

Viscosidad y
Presión

La viscosidad de un líquido depende de la
presión al igual que de la temperatura. Un incremento en
la presión comprime las moléculas de un
líquido, incrementando la fricción entre ellas, por
lo tanto aumenta la viscosidad. Para muchas aplicaciones, este
efecto no es significativo, pero cuando los lubricantes
están sujetos a presiones muy altas (200 bar o más)
como por ejemplo en los dientes de un engranaje o en los
rodamientos de un cojinete, la viscosidad del lubricante puede
cambiar. Adicional a la viscosidad, otras propiedades deben ser
consideradas para asegurar que un lubricante continúa
lubricando, refrigerando, protegiendo contra la corrosión,
manteniendo la limpieza y llevando acabo cualquier otra
función requerida con seguridad y por el máximo
período de tiempo para una aplicación
dada.

Fluidez a baja
temperatura

Cuando las máquinas están operando en
condiciones frías es importante que los aceites usados
para lubricarlas retengan la habilidad para fluir a bajas
temperaturas. La temperatura más baja a la cual un aceite
fluirá, es conocida como su punto de fluidez. En la
práctica, los lubricantes deben tener un punto de
fluidez de menos 10°C por debajo de la temperatura a la
cual se espera trabajar.

Estabilidad
térmica

Si un aceite se calienta en su uso, es importante que no
se descomponga hasta el extremo de no poder lubricar
adecuadamente, o que se liberen productos inflamables o
peligrosos.

Estabilidad
química

Los lubricantes pueden entrar en contacto con una
variedad de sustancias, por lo tanto deben ser capaces de
soportar el ataque químico de éstas, o de lo
contrario serán inadecuados para su uso. La
oxidación, reacción con el oxígeno del aire,
es la causa más importante del deterioro de los aceites
minerales. Esto acidifica el aceite, pudiendo corroer las
superficies y formar depósitos de gomas sobre piezas que
operan a altas temperaturas. La oxidación también
produce lodos que alteran la fluidez del aceite.

Propiedades de transferencia de
calor

Los lubricantes que son buenos conductores de calor
deben ser usados donde sea necesario extraer calor de un
cojinete. La habilidad de un material para conducir calor es su
conductividad térmica. Usualmente, los aceites con baja
viscosidad son mejores conductores de calor que los aceites de
mayor viscosidad. Un sistema donde la refrigeración
depende de la circulación del aceite, el calor
específico del aceite es una propiedad importante.
Esta determina la cantidad de calor que el aceite puede
extraer.

Corrosividad

Un lubricante no debe corroer la superficie
metálica con el que entra en contacto. Muchos aceites
minerales tienen pequeñas cantidades de ácidos
débiles, los cuales no suelen ser nocivos. Sin embargo,
como se mencionó anteriormente, los aceites minerales que
están en contacto con el aire a altas temperaturas son
oxidados, produciendo compuestos ácidos. El aceite
entonces puede volverse corrosivo a los metales. La acidez o
basicidad de un lubricante puede ser expresada en términos
de la cantidad del compuesto alcalino o ácido necesario
para neutralizarlo. La evaluación de este número de
neutralización da una indicación del deterioro de
un aceite en servicio.

Demulsificación
(separabilidad del agua)

Cuando se añade agua al aceite, normalmente se
forman dos capas claramente visibles debido a que es insoluble.
En algunos casos, sin embargo, es posible dispersar agua en
aceite o aceite en agua, en forma de pequeñas gotas. Estas
mezclas son conocidas como emulsiones. En la mayoría de
las aplicaciones industriales la formación de emulsiones
debe ser evitada. Las emulsiones tienen un efecto dañino
sobre la habilidad del aceite a lubricar y pueden promover la
corrosión de las superficies lubricadas.

En turbinas, compresores, sistemas hidráulicos y
otras aplicaciones donde los lubricantes pueden contaminarse con
agua, es importante que éstos tengan buenas propiedades
demulsificantes. Cualquier agua contaminante debe separarse
rápidamente del lubricante para que pueda ser drenada y el
aceite continúe funcionando eficientemente.

Aunque la emulsificación es usualmente
indeseable, algunos lubricantes son formulados deliberadamente
como emulsiones. Por ejemplo, en el corte de metales, emulsiones
de aceite en agua son usadas debido a que proporcionan
enfriamiento efectivo y buena lubricación a la herramienta
de corte. Las emulsiones de agua en aceite son utilizadas como
tipo de fluidos hidráulicos resistentes al
fuego.

Inflamabilidad

No debe haber ningún riesgo de que el aceite se
incendie en las condiciones normales de trabajo. Una
indicación a la resistencia al fuego de un aceite puede
ser obtenida determinando su punto de inflamación.
Este es la temperatura más baja a la cual los vapores que
emana el lubricante pueden ser inflamados por una llama abierta.
Vale la pena anotar que el riesgo de fuego en el punto de
inflamación es muy pequeño. No solo el aceite debe
ser calentado a esa temperatura, sino que la llama debe estar muy
cerca para que el aceite se inflame. Los aceites minerales de
baja viscosidad usualmente tienen puntos de chispa por encima de
120°C.

Compatibilidad con
juntas

Un lubricante no puede tener ningún efecto
indeseable sobre los demás componentes del sistema. Por
ejemplo, debe ser compatible con las juntas, con los manguitos
utilizados para transferir el lubricante del depósito y
con cualquier pintura, plástico o adhesivo con el cual
pueda entrar en contacto.

Toxicidad

Los lubricantes no deben obviamente causar daño
alguno a la salud. Los lubricantes más habituales usados
están basados en aceites minerales altamente refinados, lo
que les hace relativamente poco nocivos, especialmente en
exposición limitada. Sin embargo, éstos contienen
aditivos que presentan algún tipo de peligro
específico a la salud y seguridad. En aceites
industriales, los aditivos están presentes solamente en
pequeñas cantidades, de tal forma que el peligro es muy
reducido. Cualquier riesgo potencial es minimizado con
precauciones de sentido común, tales como, no dejar que
los lubricantes entren en contacto con la piel, ojos y mucosas, y
prevenir la inhalación o la ingestión
accidental.

En aquellas aplicaciones donde un lubricante conteniendo
aditivos peligrosos, es esencial que los fabricantes proporcionen
información clara de los riesgos involucrados y
especificar si se requiere de precauciones adicionales de
seguridad. Esta información se debe dar a conocer a los
usuarios mediante hojas de información sobre seguridad de
los productos y advertencias en el etiquetado de los
productos.

Sección Tres

Composición de
un lubricante

La gran mayoría de los lubricantes son fabricados
con aceites minerales, obtenidos del petróleo crudo.
Originalmente, los aceites lubricantes minerales eran simplemente
aquellas fracciones de viscosidad adecuada obtenidas durante la
destilación del petróleo. Hoy en día, la
fabricación de lubricantes es un proceso mucho más
complicado.

El proceso involucra varías etapas de
refinación y mezcla para la producción de aceites
base de propiedades adecuadas. Los aceites base por sí
mismos no son capaces de llevar a cabo todas las funciones
requeridas para un lubricante. Por lo tanto, se le deben agregar
aditivos al aceite base para obtener el Lubricante final. Los
aditivos deben mejorar las propiedades del aceite base y
proporcionarle nuevas características.

Porqué utilizar aceites
minerales?

Los aceites minerales son ampliamente usados como
lubricantes debido a que poseen tres propiedades crucialmente
importantes:

• Tienen características de viscosidad
  adecuadas.

• Son refrigerantes efectivos debido a su alta
  conducción del calor y alto calor
  específico.

• Tienen la capacidad de proteger contra la
  corrosión.

Además, los aceites minerales:

• Son relativamente de bajo coste.

• Son estables térmicamente.

• Son compatibles con la mayoría de los
  componentes usados en los sistemas de
  lubricación.

• Son virtualmente poco peligrosos a la
  salud.

Pueden ser mezclados con otros aceites y una gran
variedad de aditivos para extender o modificar sus propiedades y
pueden ser fabricados para producir las características
físicas requeridas.

ACEITES BASES

El aceite base para la fabricación de lubricantes
es producido a partir de la refinación del petróleo
crudo y la mezcla con productos refinados. Los aceites crudos son
mezclas complejas de compuestos químicos. Su
composición varía considerablemente dependiendo de
sus orígenes, y por tanto sus propiedades. Combinando
aceite base en varias proporciones, es posible producir un gran
número de mezclas con una gran variedad de viscosidades y
propiedades químicas.

Como las propiedades de un aceite base son consecuencia
de su composición química, vale la pena mirar un
poco más de cerca los componentes de un aceite mineral.
Todos los aceites minerales consisten principalmente de
hidrocarburos, estos son compuestos químicos formados por
moléculas de carbono e hidrógeno. Hay tres tipos de
básicos de hidrocarburos: Alcanos, cicloalcanos y
aromáticos.

Alcanos
(parafinas)

Estos compuestos, en el pasado llamados parafinas,
están conformados por cadenas rectas o ramificadas de
átomos de carbono. Son muy estables al calor y a la
oxidación. Tienen alto índice de viscosidad, pero
fluyen relativamente mal a bajas temperaturas.

Cicloalcanos
(nafténicos)