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Lubricacion y lubricantes

Enviado por Raul Gonzalez



Partes: 1, 2

  1. Fricción
  2. Lubricación
  3. El mecanismo de la lubricación
  4. Funciones de los lubricantes
  5. Tipos de lubricantes
  6. Composición de un lubricante
  7. Un lubricante adecuado para cada aplicación
  8. Almacenamiento, manejo y uso de 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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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:

CARÁCTERÍSTICA

ACEITES

GRASAS

SÓLIDOS

GASES

Lubricación Hidrodinámica

****

*

x

***

Lubricación Límite

**

**

***

x

Refrigeración

****

*

x

**

Facilidad de alimentación

***

*

x

***

Permanencia en el sistema

*

***

****

*

Protección contra contaminación

*

***

**

*

Protección contra corrosión

***

**

**

x

Rango de temperatura de operación

**

**

****

***

Leyenda :

Excelente ****

Muy Bueno ***

Bueno **

Regular *

No aplicable x

PROPIEDADES IMPORTANTES DE LOS LUBRICANTES

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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.

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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.

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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.

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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.

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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)

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