- La lubricación con
grasa - Tipos de
lubricación - Grasas y aceites
lubricantes - Propiedades y componentes de
las grasas - Bases y
jabones - Distintos tipos de grasas y
aditivos empleados - Pruebas de prestaciones
realizadas a las grasas - Aceites
lubricantes - Cera y
glicerina - Ejemplo práctico de
aplicación de grasas en rodamientos - Conclusión
- Bibliografía
No existe en el mundo máquina alguna 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
aceites 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
Objetivos Específicos
- Establecer la importancia que tienen los lubricantes
en las partes móviles mecánicas de un
equipo. - Conocer las variables
que se deben tener en cuenta para la selección y aplicación del
lubricante para un equipo. - Alcanzar los conceptos básicos sobre
lubricantes derivados del
petróleo: sintéticos, semi-sintéticos
y minerales. - Poder entender las diferentes prestaciones
de las grasas según su formación.
Se define a la grasa lubricante como una
dispersión semilíquida a sólida de un agente
espesante en un líquido (aceite base).
Consiste en una mezcla de aceite mineral o sintético
(85-90%) y un espesante. Al menos en el 90% de las grasa, el
espesante es un jabón metálico, formado cuando un
metal hidróxido reacciona con un ácido graso. Un
ejemplo es el estearato de litio (jabón de
litio).
Cuando la grasa tiene que contener propiedades
especiales, se incluyen otros constituyentes que actúen
como inhibidores de la oxidación y mejoren la resistencia de la
película Existe otro tipo de aditivo: los estabilizadores.
Cambiando el jabón, aceite o aditivo, se pueden producir
diferentes calidades de grasas por una amplia gama de
aplicaciones.
Película lubricante
La película del lubricante debe ser lo
suficientemente gruesa como para separar los componentes del
mecanismo. El espesor necesario de película depende de la
rugosidad superficial, la existencia de partículas de
suciedad y la duración requerida.
También depende de la viscosidad del
medio y de las condiciones de funcionamiento, particularmente de
la temperatura,
velocidad de
rotación y, en cierta forma, de la carga. Se pueden
distinguir tres situaciones diferentes de lubricación:
capa límite, lubricación hidrodinámica y lubricación elasto
hidrodinámica.
Lubricación por capa
límite
Se obtiene lubricación por capa límite
cuando el espesor de la película del lubricante es de una
magnitud similar a las moléculas individuales de aceite.
Esta condición se presenta cuando la cantidad
de lubricante es insuficiente, o el movimiento
relativo entre las dos superficies es demasiado lento. El
coeficiente de rozamiento μ en este caso es alto, tan alto
como 0.1, y sobre el incipiente contacto metαlico puede
alcanzar 0.5.
Cuando el coeficiente aumenta (esto es, la resistencia
aumenta), las pérdidas por rozamiento también
aumentan. Estas se convierten en calor,
aumentando la temperatura del lubricante y reduciéndose su
viscosidad de forma que la capacidad de carga de la
película se reduce (el caso peor es cuando se reduce tanto
que el contacto metálico se produce). Ello se puede evitar
empleando aditivos que refuercen la resistencia de la
película.
Lubricación
hidrodinámica
La lubricación hidrodinámica o
lubricación de película gruesa, se obtiene cuando
las dos superficies están completamente separadas por una
película coherente del lubricante. El espesor de la
película excede así de las irregularidades
combinadas de las superficies. El coeficiente del rozamiento es
bastante menor que en la lubricación por capa
límite, y en ciertos casos puede llegar a 0.005. La
lubricación hidrodinámica evita el desgaste de las
partes en movimiento, ya que no hay contacto metálico
entre ellas.
Lubricación
elasto-hidrodinámica
Esta condición se obtiene en superficies en
contacto fuertemente cargadas (elásticas), esto es,
superficies que cambian su forma bajo una carga fuerte, y vuelven
a su forma original cuando cesa la carga.
4. 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.
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 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;
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.
Cuándo empleo
grasa?
La grasa se emplea generalmente en aplicaciones que
funcionan en condiciones normales de velocidad y temperatura. La
grasa tiene algunas ventajas sobre el aceite. Por ejemplo, la
instalación es más sencilla y proporciona
protección contra la humedad e impurezas. Generalmente se
utiliza en la lubricación de elementos tales como
cojinetes de fricción y antifricción, levas,
guías, correderas, piñonería abierta algunos
rodamientos.
Cuándo empleo aceite?
Se suele emplear lubricación con aceite cuando la
velocidad o la temperatura de funcionamiento hacen imposible el
empleo de la grasa, o cuando hay que evacuar calor. El aceite,
tiene su mayor aplicación en la lubricación de
compresores,
motores de
combustión interna, reductores,
motorreductores, transformadores,
sistemas de
transferencia de calor, piñoneras abiertas, cojinetes de
fricción y antifricción y como fluidos
hidráulicos.
La función
del lubricante es:
- Formar una película entre los componentes en
movimiento, para evitar el contacto metálico. La
película debe ser suficientemente gruesa para obtener
una lubricación satisfactoria, incluso bajo fuertes
cargas, variaciones grandes de temperatura y
vibraciones; - Reducir el rozamiento y eliminar el
desgaste; - Proteger contra la corrosión;
- Obturar (en el caso de la grasa) contra impurezas
tales como suciedad, polvo, humedad o agua.
Concepto de grasas lubricantes
La primera grasa lubricante se fabricó en 1872.
Desde el principio las grasas se basaron en jabones
cálcicos y líticos. En 1940 se desarrollaron las
grasas líticas, y en una década después se
lanzaron las grasas de jabón compuesto de aluminio.
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.
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.
5. PROPIEDADES Y
COMPONENTES DE LAS GRASAS
Hay ciertos factores a tener en cuenta cuando se habla
de una grasa, como por ejemplo:
Viscosidad
La viscosidad es una de las propiedades mas
importantes de un líquido y mas rápidamente
observada. Es una medida de rozamiento que acontece entre las
diferentes capas cuando un líquido se pone en
movimiento. En la vida diaria este fenómeno no es de
interés real, pero en la industria el
concepto de viscosidad tiene un significado considerable. Es un
dato principal en el proceso de
fabricación y en la inspección del proceso
acabado; en el empleo de la lubricación por aceite, la
viscosidad es muy importante al seleccionar el lubricante
adecuado. La viscosidad se especifica en mm²/s, aunque
también se indica algunas veces en cSt (centistoke).
Normalmente se indica para 40 y 100ºC, aunque en ciertos
casos se pueden usar temperaturas de 37.8 (100º F), 50 y
98.9ºC (210º F).
Estabilidad mecánica
Ciertas grasas, particularmente las líticas de
los tipos antiguos, tienen una tendencia para ablandarse
durante el trabajo
mecánico, pudiendo dar lugar a pérdidas. En
instalaciones con vibración, el trabajo es
particularmente severo, ya que la grasa está
continuamente vibrando en los elementos lubricados.
Miscibilidad
En los reengrases, hay que tener el máximo
cuidado de no usar grasas diferentes a las originales. De hecho
hay tipos de grasas que no son compatibles; si dos de estas
grasas se mezclan, la mezcla resultante tiene normalmente una
consistencia más blanda que puede causar la
pérdida de grasa y fallo en la película
lubricante.
Las bases son las que determinan las propiedades de las
grasas. A continuación nombramos algunas:
Bases Parafínicas
(CnH2N+2)
Son relativamente estables a altas temperaturas, pero
por el alto contenido de parafinas que poseen, no funciona
satisfactoriamente a bajas temperaturas. Las mismas dentro de
aceite, forman partes sólidas que en ciertas maquinarias
diseñadas solo para aceite, pueden tapar los conductos
de lubricación.
Bases Nafténicas (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 (TAN) y punto de fluidez. Frecuentemente
contienen una elevada proporción de asfalto; a altas
temperaturas son menos estables que las parafínicas.
Generalmente no deben usarse temperaturas por encima de los
65°C.
Saponificación
Es un proceso por medio del cual una grasa (o
algún otro compuesto de un ácido con alcohol)
reacciona con un ÁLCALI (compuesto que neutraliza la
acidez de la grasa), 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.
HO2Cr | + Ácido graso + | H2O |
Base metálica | 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.
7. DISTINTOS TIPOS
DE GRASAS Y ADITIVOS EMPLEADOS
Los tipos de grasa más comunes emplean como
espesante un jabón de calcio (Ca), sodio (Na), o litio
(Li).
Grasas cálcicas (Ca)
Las grasas cálcicas tienen una estructura
suave, de tipo mantecoso, y una buena estabilidad mecánica. No se disuelven en agua y son
normalmente estables con 1-3% de agua. En otras condiciones el
jabón se separa del aceite de manera que la grasa pierde
su consistencia normal y pasa de semilíquida a
líquida. Por eso no debe utilizarse en mecanismos cuya
temperatura sea mayor a 60ºC. Las grasas cálcicas
con aditivos de jabón de plomo se recomiendan en
instalaciones expuestas al agua a temperaturas de hasta
60ºC,. Algunas grasas de jabón calcio-plomo
también ofrecen buena protección contra el agua
salada, y por ello se utilizan en ambientes marinos. No
obstante, existen otras grasas cálcicas estabilizadas
por otros medios
distintos del agua; éstas se pueden emplear a
temperaturas de hasta 120ºC; por ejemplo, grasas
cálcicas compuestas.
Grasas sódicas (Na)
Las grasas sódicas se pueden emplear en una
mayor gama de temperaturas que las cálcicas. Tienen
buenas propiedades de adherencia y obturación. Las
grasas sódicas proporcionan buena protección
contra la oxidación, ya que absorben el agua, aunque su
poder
lubricante decrece considerablemente por ello. En la actualidad
se utilizan grasas sintéticas para alta temperatura del
tipo sodio, capaces de soportar temperaturas de hasta
120ºC.
Grasas líticas (Li)
Las grasas líticas tienen normalmente una
estructura parecida a las cálcicas; suaves y mantecosas.
Tienen también las propiedades positivas de las
cálcicas y sódicas, pero no las negativas. Su
capacidad de adherencia a las superficies metálicas es
buena. Su estabilidad a alta temperatura es excelente, y la
mayoría de las grasas líticas se pueden utilizar
en una gama de temperaturas más amplia que las
sódicas. Las grasas líticas son muy poco solubles
en agua; las que contienen adición de jabón de
plomo, lubrican relativamente, aunque estén mezcladas
con mucho agua. No obstante, cuando esto sucede, están
de alguna manera emulsionadas, por lo que en estas condiciones
sólo se deberían utilizar si la temperatura es
demasiado alta para grasas de jabón de calcio-plomo,
esto es, 60ºC.
Grasas de jabón compuesto
Este término se emplea para grasas que
contienen una sal, así como un jabón
metálico, usualmente del mismo metal. Las grasas de
jabón de calcio compuesto son las más comunes de
este tipo, y el principal ingrediente es el acetato
cálcico. Otros ejemplos son compuestos de Li, Na, Ba
(Bario), y Al (Aluminio). Las grasas de jabón compuesto
permiten mayores temperaturas que las correspondientes grasas
convencionales.
Grasas espesadas con sustancias
inorgánicas
En lugar de jabón metálico se pueden
emplear distintas sustancias inorgánicas como
espesantes, por ejemplo, bentonita y gel de sílice. La
superficie activa utilizada sobre partículas de estas
sustancias absorben las moléculas de aceite. Las grasas
de este grupo son
estables a altas temperaturas y son adecuadas para aplicaciones
de alta temperatura; son también resistentes al agua. No
obstante, sus propiedades lubricantes decrecen a temperaturas
normales.
Grasas sintéticas
En este grupo se incluyen las grasas basadas en
aceites sintéticos, tales como aceites ésteres y
siliconas, que no se oxidan tan rápidamente como los
aceites minerales. Las grasas sintéticas tienen por ello
un mayor campo de aplicación. Se emplean distintos
espesantes, tales como jabón de litio, bentonita y PTFE
(teflón). La mayoría de las calidades
están de acuerdo a determinadas normas de
pruebas
militares, normalmente las normas American MIL para
aplicaciones y equipos avanzados, tales como dispositivos de
control e
instrumentación en aeronaves, robots y
satélites. A menudo, estas grasas
sintéticas tienen poca resistencia al rozamiento a bajas
temperaturas, en ciertos casos por bajo de -70º
C.
Grasas para bajas temperaturas (LT)
Tiene una composición tal que ofrecen poca
resistencia, especialmente en el arranque, incluso a
temperaturas tan bajas como -50º C. la viscosidad de estas
grasas es pequeña, de unos 15mm²/s a 40º C. su
consistencia puede variar de NLGI 0 a NLGI 2; estas
consistencias precisan unas obturaciones efectivas para evitar
la salida de grasa.
Grasas para temperaturas medias (MT)
Las llamadas grasas ¨multi-uso¨ están
en este grupo. Se recomiendan para equipos con temperaturas de
-30 a +110º C; por esto, se puede utilizar en la gran
mayoría de los casos.
La viscosidad del aceite base debe estar entre 75 y
220mm²/s a 40º C. la consistencia es normalmente 2
ó 3 según la escala
NLGI.
Grasas para altas temperaturas (HT)
Estas grasas permiten temperaturas de hasta
+150ºC. Contienen aditivos que mejoran la estabilidad a la
oxidación. La viscosidad del aceite base es normalmente
de unos 110mm²/s a 40º C, no debiéndose
exceder mucho ese valor, ya
que la grasas se puede volver relativamente rígida a
temperatura de ambiente y
provocar aumento del par de rozamiento. Su consistencia es NLGI
3.
Grasas extrema presión
(EP)
Normalmente una grasa EP contiene compuestos de
azufre, cloro ó fósforo y en algunos casos
ciertos jabones de plomo. Con ello se obtiene una mayor
resistencia de película, esto es, aumenta la capacidad
de carga de la película lubricante. Tales aditivos son
necesarios en las grasas para velocidades muy lentas y para
elementos medianos y grandes sometidos a grandes tensiones.
Funcionan de manera que cuando se alcanzan temperaturas
suficientemente altas en el exterior de las superficies
metálicas, se produce una reacción química en esos
puntos que evita la soldadura.
La viscosidad del aceite base es de unos 175mm²/s
(máx. 200mm²/s) a 40º C. la consistencia suele
corresponder a NLGI 2. En general, las grasas EP no se deben
emplear a temperaturas menores de -30º C y mayores de
+110º C.
Grasas antiengrane (EM)
Las grasas con designación EM contienen
bisulfuro de molibdeno (MoS2), y proporcionan una
película más resistente que los aditivos EP. Son
conocidas como las ¨antiengrane¨. También se
emplean otros lubricantes sólidos, tales como el
grafito.
Aditivos para las grasas
Para obtener una grasa con propiedades especiales, se
incluyen a menudo uno o más aditivos. Entre los
existentes, relacionamos los más comunes:
- Los aditivos antidesgaste mejoran la
protección que la propia grasa ofrece. Es especialmente
importante que el equipo en contacto esté bien protegido
contra la oxidación si funciona en ambientes
húmedos. - Los antioxidantes retrasan la
descomposición del aceite base a alta temperatura. Esto
da lugar a mayores intervalos de relubricación,
manteniendo bajos los costos. - Los aditivos EP (extrema presión), por
ejemplo jabones de plomo y compuestos de azufre, cloro o
fósforo, aumentan la capacidad de carga de la
película. - Los estabilizadores hacen posible el espesado
de aceite base con jabones con los que no forma compuestos
fácilmente. Generalmente, sólo se precisa poca
cantidad, por ejemplo, la grasa cálcica tiene un 1 a 3%
de agua como estabilizador.
8. PRUEBAS DE
PRESTACIONES REALIZADAS A LAS GRASAS
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.
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.
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.
Para ver el
gráfico seleccione la opción "Descargar" del
menú superior
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.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Están constituidos por moléculas largas
hidrocarbonadas complejas, de composición química y
aceites orgánicos y aceites minerales.
Distintos tipos de aceites
En el pasado, era frecuente usar designaciones tales
como aceite de husillos, aceite de máquinas,
etc. quizás todavía se oyen esos términos,
pero tienden a desaparecer como designaciones comerciales.
Incluso los nombres que indican la composición
química de los aceites, ya no se emplean más. Hoy
los productos aparecen como aceites lubricantes, y se pueden
clasificar como aceites minerales, sintéticos, animales o
vegetales.
Cuando nos referimos a las ventajas de la nueva
generación de lubricantes hifrofraccionados siempre
hacemos mención a los lubricantes sintéticos y a lo
similar que es su desempeño con ellos.
Aunque los lubricantes sintéticos han estado en
uso en la industria durante más de 50 años, hay aun
una gran confusión acerca de ellos y los beneficios del
valor agregado en aplicaciones industriales.
En muchas aplicaciones el uso de los lubricantes
sintéticos reduce los costos de operación y
mantenimiento,
ahorra energía y proporciona una mayor protección a
los sistemas.
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
impartiéndoles 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. Los
aceites minerales puros no tienen compuestos inestables, que
podrían tener un efecto significativo sobre su
duración: por ejemplo, nitrógeno, oxígeno y compuestos de azufre y
ácidos.
Aceites sintéticos
El término Hidrocarburo sintetizado (SHC), y
lubricantes sintéticos, son utilizados igualmente para
describir una familia de
aceites y grasas sintéticos que incluyen aceites
circulantes, aceites de engranes, aceites hidráulicos,
grasas y aceites de compresores. Estos lubricantes son
utilizados en una gran variedad de aplicaciones industriales.
Por definición, un lubricante sintético es un
lubricante diseñado y elaborado para servir mejor a los
propósitos previamente reservados para productos
extraídos directamente del petróleo. Los términos sintetizado
y sintético, describen los aceites básicos,
principalmente Polialfaolefinas (PAOs). Adicionalmente, hay
otros tipos de aceites bajos que incluyen poliglicoles,
ésteres orgánicos, ésteres fosfatados,
diésteres, polifenilester, fluorocarbones y siliconas
sólo por mencionar algunos.
ACEITES MÁS COMUNES
A continuación se describen los más
comunes.
Diésteres
Los diésteres tienen poca viscosidad. Tienen
excelentes propiedades de temperatura de -60º C a
+120º C y, con aditivos adecuados, que ofrecen buena
protección contra la corrosión.
Aceites de silicona
Los aceites de silicona poseen una gama adecuada de
temperatura es -70 a + 200ºC. No obstante, las propiedades
de estos aceites en cuanto a la protección contra la
corrosión, son limitadas. Los aceites de
flúor-silicona tienen mejores propiedades que los
demás.
Aceites fluorados
La designación completa de estos aceites es
éter alkilico-polifluorado. Tienen buena estabilidad a
la oxidación y buenas propiedades EP, y son apropiados
para temperaturas de hasta +250º C. Su alto precio ha
restringido hasta ahora su demanda.
Aceite poliglicol
Estos aceites forman un grupo que está
creciendo en interés, principalmente para equipos a
lubricar con temperaturas de funcionamiento a mas de +90º
C. Su estabilidad a la oxidación es buena. Han llegado a
durar hasta 10 veces más que sus correspondientes
aceites minerales. Los aceites de poliglicol no espesan ni
forman depósitos de coke. Su densidad es
mayor que 1, por lo que el agua libre flota sobre el aceite. No
obstante, con fuerte agitación forman dispersión
(una mezcla).
Hidrocarburos sintéticos (aceites
SHC)
La viscosidad de estos aceites es relativamente
independiente de temperatura. Se pueden usar de -50 a
+160º C.
ADITIVOS DE ACEITE
Los aceites lubricantes contienen normalmente aditivos
de varios tipos. Los más comunes son los agentes antioxidantes,
los protectores contra la corrosión, los aditivos
antiespumantes, los aditivos antidesgaste y los aditivos
EP.
Antioxidantes
Los aceites expuestos a altas temperaturas y en
contacto con el aire se oxidan,
esto es, se forman compuestos químicos que pueden
incrementar la viscosidad del aceite y causar corrosión.
Los antioxidantes mejoran la estabilidad a la oxidación
del aceite de 10 a 150 veces. No obstante, el efecto inhibidor
que se puede conseguir con un aceite lubricante, es
relativamente limitado.
Aditivos protectores contra la
corrosión
En principio, hay dos tipos de aditivos que ofrecen
protección contra la corrosión: aditivos solubles
en agua (por ejemplo, nítrico sódico), y aditivos
solubles en aceite. Estos últimos pueden ser de varios
tipos de jabones de plomo o los más modernos agentes
basados en zinc.
Aditivos antiespumantes
Si el aceite forma espuma, decrece la capacidad de
carga de la película; si forma mucha espuma puede llegar
a rebosar y producirse pérdidas. El efecto
antiespumante, es decir, la acción de humedecer la
espuma, se obtiene añadiendo pequeñas cantidades
de silicona fluida. Los aditivos que atenúan la espuma
hacen que las burbujas rompan cuando alcanzan la superficie del
baño de aceite.
Aditivos con un efecto polar
Las grasas animales y vegetales, los ácidos
grasos y ésteres, tienen un efecto polar que hace a las
moléculas tomar una orientación perpendicular a
pequeñas adiciones de estas sustancias hacen que mejore
la capacidad de absorción de presión que
disminuya el rozamiento a temperaturas de hasta unos 100º
C máximo.
Aditivos EP activos
Estos aditivos, fósforo y compuestos de cloro y
azufre, actúan de forma diferente a los anteriores. No
se conoce en detalle como trabajan, pero, después de
reacciones intermedias, se obtiene finalmente una
combinación química con la superficie
metálica. Los compuestos fosfuros, cloruros y sulfuros,
tienen mucha menor resistencia que el metal y pueden cizallarse
fácilmente. El aditivo de cloro es activo de 150 a
400º C, el de azufre entre aproximadamente 250 y 800º
C, mientras que los de fósforo reaccionan a temperaturas
menores. Estas temperaturas están muy localizadas y
limitadas en un tiempo de
una diezmilésima de segundo en el que dos zonas
metálicas están en contacto. Algunos compuestos
de plomo también tienen el mismo efecto.
Aditivos sólidos
Los aditivos sólidos, como el bisulfuro de
molibdeno, pueden también mejorar las propiedades
lubricantes. El tamaño de las partículas debe ser
de unas 0.2 micras, pudiendo así permanecer en
suspensión en el aceite. Las partículas mayores o
menores que éstas, sedimentaran. Cuando hay que filtrar
un aceite que contienen aditivos sólidos, el
tamaño de los poros debe ser al menos de 20 a 30 micras,
ya que de otra forma el descenso de presión en el
sistema
será innecesariamente grande.
Aditivos detergentes HD
Los aditivos detergentes fueron introducidos en los
años ´70 para los aceites de automóviles.
Tenían la particularidad de ¨limpiar¨ el
motor o
mecanismo de los depósitos de carbón.
CALIDAD DE LOS ACEITES
La calidad de los
aceites viene dada por ciertas condiciones de prestación y
su perduración en el tiempo durante su uso. A
continuación, se nombran algunos factores a tener en
cuenta.
Viscosidad
Esta prueba se realiza con un instrumento llamado
viscosímetro, consiste en un baño de aceite a
temperatura de 100°C (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 centistokes.
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. 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.
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 105°C,
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.
Las ceras son compuestos animales, vegetales, minerales
y sintéticas según la fuente de donde provengan.
Las ceras animales se secretan como recubiertas protectoras por
ciertos insectos. Las ceras vegetales se encuentran como
recubrimiento de hojas, flores, tallos y semillas. Las ceras
minerales son las ceras parafínicas obtenidas del
petróleo, y algunas ceras se producen a partir de
carbón, turba y lignito. Las ceras minerales del
petróleo no son ceras verdaderas (ésteres), pero se
clasifican de esta forma por sus características
físicas.
Biodegradabilidad
En vista de la atención que se le ha dado a la
disminución y control de la contaminación del agua, los químicos
e ingenieros químicos encargados del desarrollo de
productos han percibido que los surfactantes que se desarrollen
para uso doméstico y los detergentes industriales que
pasan a través de coladeras o alcantarillas hacia el
sistema de albañales, deben descomponerse
fácilmente en compuestos inorgánicos por medio de
la acción microbiana del tratamiento de aguas y en
corrientes superficiales. La facilidad con la que un surfactante
se descompone por acción microbiana define su
biodegradabilidad.
Historia de la glicerina
La glicerina es un líquido transparente, casi
incoloro y de sabor dulce; pero no presenta olor. En 1779,
Scheele preparó glicerina por primera vez al calentar una
mezcla de aceite de oliva y litargirio. Al lavarlo con agua,
obtuvo una solución dulce que produjo un líquido
grueso y viscoso al evaporarse el agua, que el descubridor
llamó "el principio dulce de las grasas". En 1846, Sobrero
produjo por primera vez la nitroglicerina explosiva, y en 1868
Nobel proporcionó una manera segura de manejarla como
dinamita, al producir su absorción en diatomita. Estos
descubrimientos aumentaron la demanda de glicerina que en parte
se satisfizo por el desarrollo en 1870 de un método
para recuperar glicerina y sal a partir de la lejía de
jabón agotado. Desde 1948, el glicerol se ha producido a
partir de materias primas petroquímicas por procesos
sintéticos.
Usos de la glicerina
La glicerina se emplea en la fabricación,
conservación, ablandamiento y humectación de gran
cantidad de productos, éstos pueden ser:
- Resinas alquídicas
- Celofán
- Tabaco
- Explosivos
- Fármacos y cosméticos
- Espumas de uretano
- Alimentos y bebidas
- Varios.
11. EJEMPLO:
Principios de
lubricación de las grasas en los
rodamientos
Supongamos que el lubricante forma una película
entre los componentes del rodamiento que se están moviendo
unos respecto a otros. Esta película se adhiere firmemente
a las superficies que se deben separar. Cuando los componentes se
mueven en relación unos con otros, la película
queda expuesta a tensiones de cortadura interna.
Simplificadamente, se puede decir que ello resulta en
deslizamiento entre las ¨diferentes¨ capas de la
película, y a rozamiento entre ellas. Un término
más común de la resistencia del fluido, es la
viscosidad.
¿Cómo actúa la
grasa en el rodamiento?
El espesante, el jabón metálico,
actúa como contenedor para el aceite
lubricante.
El jabón forma como una malla o
convolución de fibras jabonosas. Las cavidades de la malla
están llenas de aceite, parecido a lo que sucede con los
poros de una esponja llena de agua.
Si una esponja mojada se exprime, el agua sale de ella;
podríamos decir que la esponja ¨sangra¨. Nosotros
también decimos que el aceite ¨sangra¨ de la
grasa, pero en esta operación la temperatura juega el
principal papel. La grasa en un componente o equipo es a veces
expuesta a un trabajo de ¨amasado¨, que podría dar
lugar a que ¨sangre¨. Por
lo tanto, se debe elegir el tipo de grasa que tenga propiedades
adecuadas a los requerimientos del tipo de condiciones de
funcionamiento. Por ejemplo, las altas vibraciones llevan a la
elección de una grasa mecánicamente estable, pues
sino es expulsada fuera del mecanismo en un continuo proceso de
circulación que causa una rotura mecánica de la base de jabón
metálico, destruyéndose la grasa y teniendo un
contacto metálico por ruptura de la película
lubricante.
Finalizado este trabajo investigativo se puede aseverar
que:
a) La vida útil de un equipo depende de una
adecuada lubricación.
b) Para cada elemento o componente existe un lubricante
específico: hay que estudiar los factores internos y
externos.
c) Las grasas sintéticas al igual que los aceites
no se comportan mejor que los minerales a temperaturas y RPM
bajas.
d) Las grasas y aceites sintéticos tienen mejores
prestaciones que las minerales básicas a altas
temperaturas y RPM.
e) La reacción de saponificación es
necesaria únicamente para la obtención de las
grasas lubricantes, más no de los aceites.
f) Las grasas están hechas a bases de
jabones donde se aloja el aceite. Si bien hay diferentes tipos de
jabones, las propiedades antifricción las brinda el aceite
que se aloja en ella y los aditivos.
g) La aditivación mejora las prestaciones
de los lubricantes.
h) Desde que se utilizan detergentes en los
aceites, las maquinarias trabajan con menos contaminación en los mecanismos.
ALBARRACIN, Pedro. Lubricación industrial
y automotriz. Editorial Omega.
WITTEFF, Harold A. REUBEN, Bryan G. Productos
químicos orgánicos Industriales.
AUSTIN, George. Manual de
productos químicos en la industria
Web page. http://www.Noria.com.mx
Web page. http://www.ursa-texaco.com
Web page. http://www.bplubricantes.es/
Web page. http://www.quakerstate.com.mx/
Web page. http://www.skfargentina.com
Autor:
Leonardo Martín Guzmán
Técnico Mecánico. Especialidad :
manejo de máquinas herramienta
Experiencia: 5 años en la Universidad. 5
años en una Empresa
internacional como Tecnólogo de Mantenimiento
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