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Una detallada descripción de las propiedades y características de los aceites lubricantes, incluyendo su color, densidad, viscosidad, untuosidad, puntos de inflamación y combustión, reacciones ácidas, demulsividad, emulsibilidad, estabilidad de la espuma, aditivos empleados en las grasas lubricantes y pruebas que se realizan a las grasas. Además, se explica cómo la lubricación limítrofe y hidrodinámica afectan al funcionamiento de los elementos de máquina.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Es la parte de la mecánica que se ocupa de disminuir la fricción, siempre presente entre cuerpos en contacto con movimiento relativo. Para cumplir su fin se utiliza el procedimiento de interponer entre las superficies en cuestión una pequeña cantidad de material, llamado lubricante, con lo cual disminuye la fricción entre ellas. Los materiales más ampliamente utilizados son y han sido sustancias fluidas y plásticas. Los lubricantes son materiales puestos en medio de partes en movimiento con el propósito de brindar enfriamiento (transferencia de calor), reducir la fricción, limpiar los componentes, sellar el espacio entre los componentes, aislar contaminantes y mejorar la eficiencia de operación.
Funciones de la lubricación Las funciones básicas de un lubricante son: reducción de la fricción, disipación del calor y dispersión de los contaminantes. El diseño de un lubricante para realizar estas funciones es una tarea compleja, que involucra un cuidadoso balance de propiedades, tanto del aceite de base como de los aditivos. La reducción de la fricción se realiza manteniendo una película de lubricante entre las superficies que se mueven una con respecto de la otra, previniendo que entren en contacto y causen un daño superficial. La cantidad de resistencia al movimiento debido a la fricción se puede expresar en términos del coeficiente de fricción. Otra importante función de un lubricante es actuar como un enfriador, removiendo el calor generado por la fricción o por otras fuentes como la combustión o el contacto con sustancias a alta temperatura. Para realizar esta función, el lubricante debe permanecer relativamente sin cambios. Los cambios en la estabilidad térmica y estabilidad a la oxidación harán disminuir la eficiencia del lubricante. Además, los lubricantes, según sus características, pueden cumplir otras misiones : Sellar el espacio entre piezas, dado que las superficies metálicas son irregulares a nivel microscópico, el lubricante llena los huecos. Transferir potencia de unos elementos del sistema a otros; tal es el caso de los aceites hidráulicos. Neutralizar los ácidos que se producen en la combustión. Proteger de la corrosión. El lubricante crea una película sobre las piezas metálicas, lo que las aísla del aire y el agua, reduciendo la posibilidad de corrosión. La habilidad de un lubricante para permanecer efectivo en la presencia de contaminantes es bastante importante. Entre estos contaminantes se cuentan agua, productos ácidos de la combustión y partículas.
Tipos de lubricación El tipo de lubricación que cada sistema necesita se basa en la relación de los componentes en movimiento. Para saber qué tipo de lubricación ocurre en cada caso, necesitamos saber la presión entre los componentes a ser lubricados, la velocidad relativa entre los componentes, la viscosidad del lubricante y otros factores. Lubricación Limítrofe ocurre a baja velocidad relativa entre los componentes y cuando no hay una capa completa de lubricante cubriendo las piezas. Durante la lubricación limítrofe, hay contacto físico entre las superficies y hay desgaste.
Lubricación Hidrodinámica. Esta condición existe una vez que una película de lubricante se mantiene entre los componentes y la presión del lubricante impide el contacto entre superficies. Bajo condiciones hidrodinámicas, no hay contacto físico entre los componentes y no hay desgaste. La propiedad que más afecta lubricación hidrodinámica es la viscosidad. Lubricación Elasto-hidrodinámica La lubricación elasto-hidrodinámica es, el tipo de lubricación que ocurre en elementos altamente cargados donde la presión es tal que la deformación elástica de las superficies metálicas influye considerablemente en la formación del espesor de película. En las prácticas actuales del diseño de máquinas es importante estimar las presiones y los espesores de película a los que se someterán los elementos de máquina que se diseñan porque este conocimiento permite predecir si bajo las condiciones particulares de trabajo, el elemento de máquina funcionará adecuadamente o no.
Propiedades y características de los aceites lubricantes Los aceites lubricantes se distinguen entre si según sus propiedades o según su comportamiento en las máquinas. Debemos de conocer las propiedades de los aceites lubricantes, para poder determinar cual utilizaremos según la misión que deba desempeñar. Un buen aceite lubricante, a lo largo del tiempo de su utilización, no debe formar excesivos depósitos de carbón ni tener tendencia a la formación de lodos ni ácidos; tampoco debe congelarse a bajas temperaturas. Las propiedades más importantes que deben tener los aceites lubricantes son: Color Cuando observamos un aceite lubricante a través de un recipiente transparente el color nos puede dar idea del grado de pureza o de refino. Densidad La densidad de un aceite lubricante se mide por comparación entre los pesos de un volumen determinado de ese aceite y el peso de igual volumen de agua destilada, cuya densidad se acordó que sería igual a 1 a igual temperatura. Para los aceites lubricantes normalmente se indica la densidad a 15 ºC. En Estados Unidos suele usarse la gravedad API. Esta es una escala arbitraria que expresa la gravedad o densidad del aceite, medida en grados API. Viscosidad. La viscosidad es una de las propiedades más importantes de un lubricante. La viscosidad se define como la resistencia de un líquido a fluir. Esta resistencia es provocada por las fuerzas de atracción entre las moléculas del líquido. El esfuerzo necesario para hacer fluir el líquido estará en función de esta resistencia. La viscosidad se ve afectada por las condiciones ambientales, especialmente por la temperatura y la presión, y por la presencia de aditivos modificadores de la misma, que varían la composición y estructura del aceite. La fricción entre moléculas genera calor; la cantidad de calor generado está en función de la viscosidad. Esto también afecta a la capacidad de sellado del aceite y a su consumo. La viscosidad también tiene que ver con la facilidad para poner en marcha las máquinas, particularmente cuando operan en temperaturas bajas. El funcionamiento óptimo de una máquina depende en buena medida del uso del aceite con la viscosidad adecuada para la temperatura ambiente. Además es uno de los factores que afecta a la formación de la capa de lubricación. La viscosidad de un lubricante puede disminuir a causa de:
emulsión. Se llama emulsión a una mezcla íntima de agua y aceite. Puede ser de agua en aceite (siendo el agua la fase discontinua) o de aceite en agua (donde el agua es la fase continua). Se considera que una emulsión es estable si persiste al cesar la acción que la originó y al cabo de un tiempo de reposo. Los factores que favorecen la estabilidad de las emulsiones son: viscosidad del aceite muy alta, tensión superficial del aceite baja, pequeña diferencia de densidad entre los dos líquidos, presencia de contaminantes. La presencia de agua en el aceite es siempre perjudicial para la lubricación, entre otras cosas, puede disolver ciertos aditivos, restando eficacia al aceite. Por lo tanto, siempre es deseable que los aceites formen emulsiones inestables, o separen el agua por decantación. Esto es especialmente deseable en el caso de la maquinaria expuesta a la intemperie. La adecuada eliminación del agua facilita en muchos casos la lubricación, reduciendo el desgaste de piezas y la posibilidad de corrosión. Formación de espuma La espuma es una aglomeración de burbujas de aire u otro gas, separados por una fina capa de líquido que persiste en la superficie. Suele formarse por agitación violenta del líquido. La espuma provoca problemas en los sistemas hidráulicos y de lubricación como por ejemplo: comportamiento errático de mandos hidráulicos, cavitación en bombas, derrames en depósitos, oxidación prematura del aceite, corrosión interna de elementos del sistema, fallos en cojinetes (por insuficiente lubricación), disminución de la capacidad refrigerante del aceite, disminución de la capacidad de disolución del aceite, flotación de pequeñas partículas de lodo presentes en el aceite. La estabilidad de la espuma se ve favorecida por el aumento de la viscosidad del aceite, la presencia de compuestos polares en el mismo. Por el contrario, la temperatura elevada del aceite y la presencia de aditivos antiespumantes en el aceite reducen la tendencia a la formación de espuma.
Propiedades y características de las grasas lubricantes Una grasa es simplemente un lubricante base combinado con aditivos, mezclado con un ingrediente espesante. 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 propiedades básicas de la grasa. Las grasas convencionales, generalmente son aceites que contienen jabones como agentes que le dan cuerpo, el tipo de jabón depende de las necesidades que se tengan y de las propiedades que debe tener el producto. La propiedad más importante que debe tener la grasa es la de ser capaz de formar una película lubricante lo suficientemente resistente como para separar las superficies metálicas y evitar el contacto metálico. 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. Pruebas que se realizan a las grasas Prueba de extrema presión: Esta prueba se realiza para verificar la capacidad que tienen las grasas y los aceites para soportar carga. Consiste en colocar dos elementos metálicos giratorios en contacto y por el medio de ellos. El lubricante a prueba, aplicándoles una fuerza externa que se va aumentando proporcionalmente hasta que se frene los
elementos metálicos. En ese momento se mide cuánta presión hay y el tipo de desgaste que se generó en la pieza. Punto de goteo: temperatura a la cual una grasa pasa de estado semisólido a líquido. Este cambio de estado puede ser brusco o paulatino, considerándose el punto de goteo como el final del proceso. Se considera que el rango de temperatura útil de una grasa está entre 40 y 70º C por debajo del punto de goteo. La operación en temperaturas próximas al punto de goteo afectará a la eficacia lubricante de la grasa. El punto de goteo no esta relacionado con la calidad de la grasa. Prueba de consistencia: La consistencia de las grasas se expresa de acuerdo con la cantidad de espesante y viene dada por la NLGI (National Lubricating Grease Institute) que las clasifica de acuerdo con la penetración trabajada. Para determinar ésta, se llena una vasija especial con grasa y se lleva a una temperatura de 25°C. La vasija se coloca debajo de un cono de doble ángulo cuyo peso está normalizado, la punta del cono toca apenas la superficie de la grasa, se suelta el cono y al cabo de cinco segundos se determina la profundidad a la cual ha penetrado el cono dentro de la grasa, se conoce como penetración y se mide en décimas de milímetro. La penetración es solamente la medida de la dureza a una temperatura específica. Aditivos empleados en las grasas lubricantes Agentes espesadores: Se utilizan para aumentar la adhesividad de las grasas a las superficies metálicas, con el fin de evitar que sean desplazadas con facilidad y retienen, además, los fluidos por absorción. Estabilizadores: Permiten trabajar las grasas a temperaturas más altas durante un mayor tiempo. Mejoradores del punto de goteo: Aumentan la temperatura del punto de goteo permitiendo que la temperatura máxima de trabajo se incremente sin que la grasa se escurra. Agente antidesgaste: Reducen el desgaste de las superficies al evitar el contacto directo entre ellas. Inhibidor de la corrosión: Suspende la corrosión de las superficies metálicas si ésta ya se ha originado o la evita en caso de que, debido a las condiciones ambientales, se pueda presentar. Desactivador metálico: Impide efectos catalíticos en los metales con el fin de que las partículas que se han desprendido durante el movimiento de las superficies metálicas no se adhieran a éstas y ocasionen un gran desgaste. Inhibidor de la oxidación: Impide la oxidación y descomposición de la grasa. Materiales de relleno: Aumenta el volumen de la grasa, característica requerida para obtener una mejor distribución y aprovechamiento de la misma Agentes de extrema presión: Reducen la fricción permitiendo que la película lubricante soporte mayores cargas y las superficies se deslicen más fácilmente.
Organización de la lubricación de equipos En las plantas de procesamiento los rodamientos y los engranes vienen a representar el 90% de las demandas de lubricación. Cada uno de estos diferentes tipos de rodamientos y engranajes funciona de forma diferente y, en consecuencia, requiere una lubricación individual. Después de examinar cuidadosamente el funcionamiento de cada uno de los cojinetes y engranajes anteriormente mencionados, puede hacerse una lista mínima de los lubricantes o aceites más adecuados para cada uno de ellos. La característica de contacto