CURSO_LUBRICACION-INA

INA – Educación Técnica - TEC INDICE INTRODUCCIÓN ...

Author: alberto garro zavaleta

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INA – Educación Técnica - TEC

INDICE INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 5 HISTORIA DE LA LUBRICACIÓN Y DE LA TRIBOLOGIA ..................................... 8 ASPECTOS TRIBOLÓGICOS GENERALES............................................................... 12 Aspectos económicos ....................................................................................................... 12 Aspectos energéticos ........................................................................................................ 12 Aspectos ecológicos ......................................................................................................... 14 Soluciones tribológicas..................................................................................................... 14 ROZAMIENTO .................................................................................................................. 15 LUBRICACIÓN ................................................................................................................. 17 LUBRICANTES ................................................................................................................. 19 ADITIVOS .......................................................................................................................... 20 Mejoradores del lubricante ............................................................................................... 20 Protectores del lubricante ................................................................................................. 22 Protectores de la maquinaria............................................................................................. 23 VISCOSIDAD ..................................................................................................................... 24 ACEITES............................................................................................................................. 26 Viscosidades SAE............................................................................................................. 26 Viscosidades ISO ............................................................................................................. 28 Grados de viscosidad AGMA........................................................................................... 29 Índice de viscosidad.......................................................................................................... 30 Densidad ........................................................................................................................... 31 Gravedad específica.......................................................................................................... 31 LAS GRASAS ..................................................................................................................... 32 FORMAS DE LUBRICACION ........................................................................................ 35 Lubricacion Hidrodinámica.............................................................................................. 35 Lubricacion Hidrostática .................................................................................................. 36

Curso de Introducción a la Lubricación

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Lubricacion Elastohidrodinamica..................................................................................... 36 LEH DURA ...................................................................................................................... 38 LEH BLANDA................................................................................................................. 38 Lubricacion de capa limite ............................................................................................... 38 Lubricacion de película sólida.......................................................................................... 39 LUBRICACION AUTOMOTRIZ .................................................................................... 40 Motor ................................................................................................................................ 40 Aditivos para aceites para motor ...................................................................................... 44 Transmisiones................................................................................................................... 47 Transmisiones automaticas............................................................................................... 50 LUBRICACION INDUSTRIAL ....................................................................................... 52 Lubricacion de rodamientos ............................................................................................. 52 Lubricacion con grasa....................................................................................................... 55 Lubricacion con aceite...................................................................................................... 58 Problemas de la lubricacion.............................................................................................. 59 Lubricacion de sistemas de engranajes............................................................................. 61 Metodos de lubricacion .................................................................................................... 65 Selección del lubricante.................................................................................................... 66 Cambios de lubricante ...................................................................................................... 66 ANALISIS DE LABORATORIO ..................................................................................... 69 PRINCIPALES PRUEBAS DE LA ASTM...................................................................... 83 APÉNDICE 1: VARIACIO DE LAS PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS CON LA TEMPERATURA Y LA PRESION.................................................................................. 86 APÉNDICE 2: TABLA DE COMPARACIÓN DE VISCOSIDADES.......................... 88 APÉNDICE 3: INDICE DE VISCOSIDAD..................................................................... 90 APÉNDICE 4: TABLA PARA BÚSQUEDA DE FUENTES DE METALES DE DESGASTES....................................................................................................................... 92 APÉNDICE 5: LECTURAS .............................................................................................. 95


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LECTURA Nº1 EQUIVALENCIAS ENTRE LOS SISTEMAS DE CLASIFICACION DE LA VISCOSIDAD ........................................................................................................ 96 LECTURA Nº2 ELEMENTOS DE TRIBOLOGIA ..................................................... 100 LECTURA Nº3 LUBRICANTES ECOLÓGICOS ....................................................... 106 LECTURA Nº4 ADITIVOS DETERGENTES DISPERSANTES .............................. 111 LECTURA Nº5 AGUA Y ACEITE ................................................................................ 114 LECTURA Nº6 ALTAS TEMPERATURAS DE OPERACION ................................ 116 LECTURA Nº7 BENEFICIOS Y PROBLEMAS CON LA IMLEMENTACION DE ACEITES SINTETICOS ................................................................................................. 118 LECTURA Nº8 DESGASTE EROSIVO........................................................................ 124 LECTURA Nº9 NIVEL DE ACEITE............................................................................. 130 LECTURA Nº10 SELECCIÓN CORRECTA DE UN ACEITE INDUSTRIAL ....... 133 LECTURA Nº11 TRIBOLOGIA PRODUCTIVA ........................................................ 142 LECTURA Nº12 LAS GRASAS ................................................................................................................... 144 LECTURA Nº 13 MODIFICACION DEL GRADO ISO DEL ACEITE DE ACUERDO CON LA TEMPERATURA AMBIENTE ................................................ 151 LECTURA Nº14 PROCEDIMIENTO PARA LA TOMA DE .................................................................. 156 LA MUESTRA DE ACEITE........................................................................................... 156 LECTURA Nº 15 TOMA DE MUESTRAS DE ACEITE PARA SU ANALISIS DE LABORATORIO ............................................................................. 162 LECTURA Nº16 EL TIEMPO MEDIO ENTRE FALLA COMO ENFOQUE PARA EL MEJORAMIENTO DE LA CONFIABILIDAD......................................... 168 BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................. 171


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INTRODUCCIÓN

¿Qué significa la palabra tribología? La palabra viene del griego tribos que significa fricción o rozamiento y logos que significa tratado o estudio. Etimológicamente es la ciencia de la fricción, la ciencia que estudia los fenómenos que se producen cuando dos superficies en contacto se mueven una respecto a la otra. En una acepción más amplia, es la ciencia y la técnica de los sistemas en movimiento que se encuentran en contacto mutuo. Estudia y define todos los problemas relacionados con el transporte de carga. Pretende dar una visión conjunta del problema del rozamiento, el desgaste y la lubricación que tradicionalmente se venían estudiando por separado y por tanto abarca la fricción, el desgaste, la lubricación, el diseño, así como muchos aspectos relacionados con la Física, la Química, la Mecánica, la Metalurgia, la Reología, la Fisiología, etc., por lo que se convierte en una auténtica disciplina de Ingeniería. Antes de discutir la importancia y tipos de los problemas tribológicos en la industria, debemos tratar de esbozar una visión global del problema. La interacción de dos superficies sólidas en un entorno dado resulta en unas manifestaciones externas: Disipación de energía originada por la resistencia al movimiento, caracterizada por el coeficiente de rozamiento. Esta disipación resulta en una liberación de calor en el contacto y una pequeña, pero a veces significativa, generación de ruido. El hecho de que siempre son dos las superficies sólidas que interaccionan implica que el coeficiente de rozamiento hay que referirlo al par de superficies. Hablar del coeficiente de rozamiento del acero sin referirlo a la superficie sobre la que contacta es incorrecto y confuso. La idea de superficies sin fricción es científicamente imposible, lo mismo que la afirmación de que un bajo coeficiente de fricción implica un acabado superficial fino no siempre es cierta. Modificación de las características básicas de las superficies durante el proceso de deslizamiento. Pueden convertirse en más pulidas o rugosas, alterar sus propiedades físicas como la dureza e incluso perder parte del material en un proceso llamado desgaste. Los cambios pueden ocurrir de forma beneficiosa, como en el proceso de rodaje, cuando dos superficies se adaptan a condiciones casi ideales de funcionamiento, o pueden ocurrir de forma desastrosa, cuando se produce un fallo en la superficie de un componente que obliga a reemplazar la pieza averiada, o puede desembocar en la destrucción de la máquina. Prácticamente todo lo que se mueve forma parte de un sistema tribológico, en el que pueden intervenir dos o más sólidos, sólidos y líquidos y sólidos y gases. Ejemplos son los mecanismos para transmitir movimiento o transformar energía en trabajo, la fricción de los tejidos, la acción del aire sobre los vehículos terrestres o las aeronaves y muchos otros, incluidos los movimientos de las articulaciones animales.

Introducción

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Ing. Alberto Garro Zavaleta


A primera vista podemos pensar que el objeto de la tribología es reducir la fricción y el desgaste. Una excesiva fuerza de rozamiento en la bisagra de una puerta sería inadmisible. De forma similar, toda la energía empleada en vencer la resistencia en rodamientos y otros mecanismos se transforma en calor, con la consiguiente pérdida de rendimiento. Pero hay muchas aplicaciones de ingeniería en las que se necesita aplicar la fricción para cumplir con los requisitos funcionales del sistema. Los frenos, embragues, ruedas de vehículos, etc., funcionan gracias a la existencia de la fricción, y la combinación de tuerca y tornillo trabaja por la fricción entre ambos componentes. Algo parecido ocurre con el desgaste. Hay casos, como la adaptación de las superficies durante el rodaje, en los que el desgaste evidentemente es deseable. En general, el desgaste es una consecuencia indeseable del rozamiento entre superficies. El hecho de que un componente se desgaste excesivamente nos conduce a la destrucción de la máquina tras superar cierto límite, creando la necesidad de remplazarlo antes de traspasar el límite citado. Cuando se conoce la evolución de este fenómeno en una fase de diseño hablamos de maquinaria o componente de "vida limitada". Un método de reducir la fricción y a menudo el desgaste consiste en lubricar las superficies. El estudio de la lubricación esta muy relacionado con la fricción y el desgaste. Incluso en ausencia de un lubricante exterior, los agentes atmosféricos, en especial el oxigeno y la humedad pueden actuar como verdaderos lubricantes y deben tenerse en cuenta en cualquier estudio de superficies en contacto. Con bastante frecuencia nos encontramos con situaciones en las que la lubricación resulta la responsable directa de muchas fallas. Por lo general se nos dice que la grasa falló, el aceite no sirvió y otras aseveraciones por el estilo. Pero al hacer un análisis de la falla, las causas son otras, y lo que consideramos una falla del lubricante no es más que un síntoma de otro problema. Normalmente es difícil para el personal de mantenimiento escoger un lubricante para una aplicación en particular, y esto se debe a que no se cuenta con la información adecuada para sustentar la decisión, o bien, se tiene la información pero no se sabe como interpretarla exactamente. Las preguntas más frecuentes en lubricación son cómo, cuándo y con qué lubricar un equipo o elemento en particular. Esta capacitación tiene como fin primordial dar una visión general a estos principios, en los cuales se basa toda la teoría de la lubricación moderna. Sin entrar en detalles de aspectos específicos, las nociones aquí presentadas servirán para sentar las bases que permitan conocer los elementos básicos de la lubricación. Se darán algunas nociones básicas a aspectos más particulares, que tienen que ver directamente con aplicaciones prácticas y elementos más técnicos de la tribología. Este material comprende una breve reseña de la historia de la lubricación, los principios físicos de la fricción, la viscosidad y las normas de medición actuales, las clasificaciones de los lubricantes y algunos conceptos de la lubricación de rodamientos y sistemas de engranajes, que son los más comunes en nuestro medio y los que presentan la mayoría de

Introducción

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problemas Al final se presentan algunas tablas de uso práctico y una reseña de los principales resultados de las pruebas ASTM para lubricantes.

Introducción

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HISTORIA DE LA LUBRICACIÓN Y DE LA TRIBOLOGIA La lubricación, tal como la conocemos actualmente, es el resultado de una larga cadena de descubrimientos, unos productos de la casualidad y otros de verdaderos procesos científicos- que se remontan a varios milenios antes de Cristo. El hombre siempre ha buscado la forma de facilitar su trabajo, de manera que este sea más efectivo y con la menor inversión de recursos. Como podemos ver, esta búsqueda del mejor resultado costo/rendimiento no es nada nuevo. Las primeras culturas tenían como recurso más valioso, para todo su quehacer, la fuerza del hombre y de los animales que le ayudaban en todos sus trabajos. Las construcciones milenarias son producto de la inversión de miles de horas hombre, con la participación de grandes masas humanas, que se hacían necesarias para la realización de cualquier obra. Es precisamente en estas construcciones que la búsqueda del ahorro de energía (la fuerza de los trabajadores) la que hace que el hombre comience a comprender algunos principios relacionados con el rozamiento y la pérdida de energía debido a este factor. Precisamente, el primer antecedente que se tiene del uso de lubricantes se encontró en la tumba del Faraón Tehuti-Hetap, en cuyas paredes aparecen figuras en el proceso de construcción de estatuas gigantes de piedra, las cuales son movidas utilizando grasas como lubricantes. También se sabe que en el tiempo del Faraón Amenholep II, 1 500 años A.C., utilizaban grasa animal para lubricar los ejes de los carros de guerra del faraón y eliminar la fricción en otros puntos. Estas grasas eran hechas a partir de productos vegetales y animales, extraídos principalmente de carneros, cerdos y bueyes. Se tienen muchas evidencias de que los romanos usaban el banano y otros productos similares para engrasar las ruedas de sus carros. También sabemos que se fabricaban aceites lubricantes a partir de girasoles, lino y coco desde mucho tiempo atrás. Para darles cierta consistencia, estos eran mezclados con arcillas, cal y algunos otros sólidos finos. Más recientemente, hacia 1 850 D.C., la mayoría de vagones que tiraban los caballos eran lubricados con grasa de cerdo, carnero y bueyes. Se probaron innumerables materiales como lubricantes, incluido el aceite de ballenas, pero realmente ninguno llegó a sustituir las grasas de cerdo, carnero y buey hasta el advenimiento de las grasas obtenidas del petróleo. Se sabe que mucho antes de que la civilización llegara, los indios de Norteamérica usaron el petróleo como lubricante, el que obtenían de las fuentes que manaban el líquido a la superficie, sin que llegaran a conocer el verdadero valor de este producto. Muchos años después, aparecieron buhoneros y engañadores que lograron este aceite de los indios y lo embotellaron para venderlo como la medicina milagrosa (curalotodo). Esos elixires y mezclas (sin ningún valor medicinal y que muchas veces resultaban peligrosas), eran vendidas a cualquiera que fuera lo suficientemente tonto como para creerle a estos habilidosos vendedores viajeros. Aún cuando estas milagrosas pociones no tenían ningún valor medicinal, si sentaron las bases para invenciones posteriores más útiles, como fue el descubrimiento de los ungüentos y las vaselinas. Años más tarde, a estos primeros farsantes les siguieron nombres más osados, pero con un verdadero interés científico en el potencial de estos productos derivados del petróleo. Es así como hacia el siglo XIX, estos nuevos negociantes perforan las mismas fuentes naturales y Historia de la lubricación y de la tribología

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mezclaron el aceite con jabones a base de cal para inventar la primera grasa lubricante de la época moderna. La primera perforación de que se tiene registro fue hecha en 1859 en Titusville, Pennsylvania, por el Coronel Edwin Drake. En 1884, veinticinco anos más tarde, fue perforado el primer pozo en Chiapas, México. Este resultó un verdadero desastre, debido a que no había forma de transportar el petróleo a través de los suampos plagados de lagartos de las selvas mexicanas. El verdadero padre de la comercialización de una grasa industrial, fue un anciano, conocido como "Old Man Oom”, quien uso los aceites minerales para sustituir las grasas animales, y dados los resultados, inició el mercadeo de este producto. Rápidamente se corrió la voz entre la industria de que la grasa de Old Man Oom permitía a las máquinas operar a mayores velocidades, y sin que por estas condiciones resultaran dañadas (que no es muy diferente a lo que queremos nosotros). Su grasa se solidificaba a una temperatura diferente a las grasas animales. Este evento en la historia de la lubricación, focalizó la atención de la industria en la gran posibilidad de obtener mejores resultados de las maquinarias utilizando mejores grasas, debido a que estas permiten máquinas más rápidas y más poderosas. Otro acontecimiento importante se da en 1840, cuando un hombre llamado William Little comienza a fabricar un aceite improvisado para la iluminación con lámparas. El resultado fue un verdadero fracaso. Posteriormente se da cuenta de que su invento resulta más adecuado para lubricar maquinaria, por lo que la industria de aceite para lámparas fracasó, pero en 1949 patenta su invento y resulta ser el primer registro escrito que se tiene de un lubricante mineral. Con estos productos logró una grasa a partir de jabón de soda. La transición entre el uso de la grasa animal al uso de las nuevas grasas derivadas del petróleo se da en forma lenta, y fue paulatinamente aceptado en el mundo. Dentro de las ventajas que se fueron notando en el uso de estos nuevos lubricantes, es que estos no tenían los malos olores de los productos animales, además, poco a poco se fueron descubriendo otras ventajas. Así, por ejemplo, las grasas animales, al descomponerse generaban muchos ácidos que corroían y picaban la maquinaria. Algo similar ocurría con los aceites vegetales, los cuales no tenían la suficiente adherencia y por lo general se hacían gomosos, cosa que no pasaba con los lubricantes minerales. La lubricación como ciencia puede decirse que se inició con los trabajos de Beaucahmp Tower y Osborne Reynolds, con los aportes que hacen otros científicos en los años siguientes. En el ano 1883 aparecen las primera publicaciones sobre las investigaciones en lubricación, realizadas en forma paralela por Tower en Inglaterra y Nikolay P. Petrov en Rusia. El primero tuvo la ventaja de que la comunicación en la comunidad científica era mucho más eficaz, por lo que la transferencia de información en conferencias y otros medios hace que más persona conozcan los resultados de estas investigaciones. Petrov, además de estar en una sociedad más cerrada, tenia la desventaja del idioma. No obstante, Petrov desarrolló trabajos sumamente importantes en el campo de la lubricación y en otros campos de la ingeniería. Los trabajos de Tower aparecieron en una serie de publicaciones entre 1883 y 1891. Los primeros trataron sobre la lubricación de cojinetes, y los dos trabajos posteriores fueron sobre cojinetes de anillo y de pivote. A pesar de sus investigaciones, quien les dio forma y

Historia de la lubricación y de la tribología

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desarrolló los modelos necesarios para el estudio de la lubricación hidrodinámica fue Osborne Reynolds, quien publicó en 1886 los principios para la interpretación de los resultados experimentales. La aplicación de estos principios fue desarrollada en forma casi simultánea por Albert Kingsbury en Estados Unidos y A. G. M. Mitchell en Australia. Este último desarrolló el rol de empuje junto con el planteamiento matemático para la lubricación de este rol, con lo que se añade un importante aporte a la teoría desarrollada por Reynolds. En 1931 Kingsbury desarrolla la teoría analógica eléctrica, con la que hace importantes aportes en el campo de la lubricación. Los principios desarrollado por Reynolds requerían de un cálculo de integración de series trigonométricas para determinar la presión en cojinetes. Estos cálculos resultaban demasiado largos y no daban resultados correctos para casos en que la excentricidad fuera superior a 0,5. En 1904 el profesor Arnold Sommerfeld desarrolló una sustitución que hacia posible el cálculo de integración y es aplicable a todos los valores de excentricidad. Dentro de las aportaciones importantes de Petrov, una de ellas, motivada por razones meramente económicas, fue que inició la sustitución de las grasa animales y vegetales por aceites derivados de petróleo. En estos procesos realiza una serie de estudios sobre la influencia de la viscosidad en la lubricación de ejes, lo que lo lleva a realizar selecciones de viscosidad para diferentes aplicaciones. La publicación de estos trabajos le mereció el premio Lommosoff de la Academia Rusa de Ciencias. En 1886 realiza una nueva publicación sobre este tema y se hace acreedor a un nuevo reconocimiento de la Academia. Como podemos ver, son muchos los años de esfuerzo de ingenieros para desarrollar las teorías de la lubricación que nos han llegado a nuestros días. Algunos son aún más antiguos, como la expuesta por Isaac Newton en su Principia, Proposición LI, Theorema XXXIX, Cor II, en que hace una consideración sobre la viscosidad, la cual... es incorrecta. La solución correcta a esta propuesta fue desarrollada por primera vez por Sir G. G. Stokes en 1.845. Dejo a su iniciativa investigar cuál fue el error de Newton. No es la intención de este trabajo desarrollar las teorías matemáticas de la lubricación, pero en los casos en que sea oportuno, haremos tal desarrollo. Muchos otros investigadores iniciaron las pruebas con los nuevos lubricantes, a fin de lograr mejorarlos. En todas partes se utilizaban las nuevas grasas y eran sometidas a pruebas por los ingenieros, quienes en este afán de lograr superar los problemas, aportaban sus descubrimientos para la mejora de los productos. Con los aceites sucedieron cosas similares. Existía un principio de que un aceite es un aceite, y así se usaban los aceites vegetales indistintamente, hasta que las experiencias demostraron que el comportamiento de los nuevos aceites, extraídos del petróleo, tenían capacidades que no se encontraban en los aceites vegetales. Aún cuando suene extraño, algunos creen todavía que un aceite es un aceite. Conforme la industria va creciendo, las necesidades de lubricación se hacen cada vez más complejas. La producción en serie trae nuevos retos, ya que los costos de paralización se hacían enormes, puesto que la parada de una de las máquinas significa detener toda la planta. La industria automotriz y el transporte por trenes y barcos van agregando nuevas


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perspectivas al desarrollo de los lubricantes y nuevos descubrimientos se incorporaban al conocimiento para ir mejorando los productos. Dentro de este panorama comienzan a hacer su aparición las grandes compañías petroleras, que gracias a los grandes beneficios que obtienen de sus inversiones, pueden realizar investigaciones más intensas, gracias a las cuales hemos llegado a tener los productos que actualmente se encuentran en el mercado. Hoy se pueden obtener lubricantes de muy alto rendimiento sin tener que recurrir al petróleo, con lo que algunas compañías no dependen de los caprichos de este mercado. Los productos se están desarrollando con la idea de lograr lubricantes que no tengan mayor impacto en el medio ambiente, por lo que se han logrado incluso lubricantes biodegradables, sin generar los desperdicios que actualmente se producen y que afectan muchos ecosistemas, como ha ocurrido con los derrames de petróleo.


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ASPECTOS TRIBOLÓGICOS GENERALES

Aspectos económicos Las principales consecuencias de la fricción son el desgaste y la pérdida de energía. No nos ha de sorprender la estimación de Rabinowicz que cerca del 10 % de la producción de energía mundial se use para superar las resistencias por algún tipo de fricción. Utilizando las mejores prácticas tribológicas podemos contribuir de forma efectiva a la conservación de los recursos que tanto preocupa a la sociedad en la que vivimos. Por estos motivos, los gobiernos de los países desarrollados han realizado estudios para valorar las pérdidas e invierten recursos para mejorar sus prácticas tribológicas. Durante la Segunda Guerra Mundial (1939 a 1945), el Tercer Reich Alemán, a través de la Universidad Técnica de Dresde y con la colaboración estadística de varios Ministerios, emprendió una intensa labor de investigación sobre los fenómenos de la fricción y el desgaste en los motores térmicos y sus consecuencias en el orden industrial y económico. Se toma de este trabajo la siguiente cita: La economía de una nación puede quedar gravemente afectada por efecto de los desgastes excesivos de los elementos constitutivos de los motores y de la maquinaria de sus industrias, por lo que creemos que para lograr un mejor rendimiento y una mayor productividad, es preciso emprender una intensa campaña contra el desgaste y los fenómenos de la fricción. Aunque nos quede un poco distante en el tiempo, es obligado citar los resultados del informe Jost de 1966, elaborado por el comité británico de Lubrication (Tribology), Education and Research. El informe estimó que, por la correcta aplicación de los principios tribológicos, se podrían ahorrar anualmente en el Reino Unido una cantidad no inferior a 515 millones de libras por año. En 1970 los Estados Unidos consumían 1/3 de la energía mundial, ¾ de la cual provenía del petróleo. Solamente el 10% de las reservas mundiales correspondían a este país mientras la Unión Soviética contaba con el 26%. Además, USA había gastado la mitad de sus reservas mientras los soviéticos solo explotaban un 6% de las suyas. Se pusieron en marcha estudios para el ahorro energético. En 1978 el comité de investigación de ASME, en su informe Strategy for energy conservation trough tribology, indicó que los ahorros de energía se pueden obtener en cuatro grupos principales: transporte por carretera, generación de potencia, turbomaquinaria y procesos industriales. Estimó en un 11% el potencial de ahorro, valorándolo en unos 16 billones de dólares, con una inversión mínima de tan solo 24 millones de dólares. Aspectos energéticos La pérdida de energía aparece como consecuencia del trabajo que se realiza para superar las fuerzas de fricción y por tanto, la reducción de este trabajo representa directamente un ahorro. Además de este ahorro directo, la tribología ayuda con la investigación de mejor maquinaria y produce un ahorro considerable al disminuir el desgaste, lo que repercute en menos paradas para sustituir partes desgastadas (que a su vez requieren consumo de energía para fabricarlas, e incluso operaciones de minería) y en el costo de los repuestos.

Aspectos Tribológicos generales

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Los tres factores que contribuyen directamente a la disipación de energía de fricción son: el contacto directo, el esfuerzo viscoso y las pérdidas por histéresis. Son manifestaciones de las fuerzas de atracción entre los átomos o moléculas y de la existencia de bajos estados de energía potencial. El tipo de contacto depende de la naturaleza de los materiales, el acabado de las superficies, la intensidad de la carga a la que están sometidas y la velocidad relativa. El deslizamiento produce siempre un cierto grado de desgaste. Los bajos coeficientes de fricción no siempre van unidos a desgastes pequeños. Por eso el diseñador de una maquina eficiente debe equilibrar el desgaste y la fricción buscando siempre el óptimo resultado. Cuando se evita el contacto directo entre superficies introduciendo un lubricante, se produce disipación de energía debido a las fuerzas de viscosidad. En la mayoría de los casos la energía consumida en cizallar el lubricante se controla por las leyes del flujo laminar de fluidos, pero cuando las fuerzas de inercia son altas comparadas con las fuerzas viscosas del fluido, aparece la turbulencia que origina una gran disipación de energía. Cuando se produce un aumento de la viscosidad al incrementar la presión se ayuda a mantener la separación entre superficies sometidas a cargas hertzianas, se reduce o elimina el desgaste, pero se produce un aumento en la fricción debido a la alta viscosidad. El tercer fenómeno que produce disipación de energía es la histéresis. La histéresis mecánica es una pérdida de energía dentro de la masa de los materiales sólidos y ocurre por ejemplo en los rodillos fuertemente cargados. Consiste en la falta de coincidencia entre las curvas de extensión y contracción en los diagramas que muestran la correlación entre esfuerzo y deformación de un material plástico. La histéresis eléctrica y la magnética pueden aparecer en cojinetes magnéticos y en cojinetes donde están presentes campos magnéticos y películas de aceite. La aportación de la tribología en la conservación de la energía no solo se reduce a controlar la fricción, sino que también influye en el proceso. Las temperaturas a las que pueden trabajar los cojinetes y los cierres normalmente limitan las temperaturas de operación que pueden tolerarse en máquinas de motor caliente. Aumentando las primeras se consigue mayor eficiencia del ciclo de Carnot y por tanto conservación de energía a lo largo de la vida de la máquina. La segunda ley de la termodinámica afirma que aunque es posible convertir el trabajo completamente en calor, el proceso no es reversible, es decir, el calor puede convertirse en trabajo tan solo parcialmente. El máximo trabajo que puede obtenerse de una cantidad determinada de calor esta definido por la eficiencia de Carnot, que solamente depende de dos parámetros, las temperaturas absolutas iniciales y finales del sistema. Para alcanzar la máxima eficiencia posible se debe tener la máxima temperatura de entrada, Ti, y la más baja de salida, Tf. η=

T f − Ti Ti

El sector del transporte consume en torno al 25 % de la energía total consumida en el planeta. Según estudios realizados, sólo el 12 % de la energía consumida por un auto llega a las ruedas, que junto con el 2,5 % consumido por los accesorios supone un aprovechamiento del 15 %. El restante 85 % es energía perdida. Hay que estudiar un mejor


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aprovechamiento, mejorando los materiales, los lubricantes y otros puntos relacionados con la tribología. Los puntos más importantes que pueden afectar a la economía del motor de los automóviles son el conjunto pistón camisa, la viscosidad del aceite, la transmisión y el tipo de motor. Aspectos ecológicos La justificación desde el punto de vista ecológico esta relacionada fundamentalmente con la lubricación. Mejorando las propiedades de los lubricantes se pretende optimizar sus prestaciones y consumos, por lo que se generarán menos residuos. En el desarrollo de lubricantes sintéticos una característica importante es que sean biodegradables. Con el diseño de máquinas herméticas se ha conseguido lubricar los cojinetes con el propio fluido trasegado permitiendo a las máquinas trabajar sin generar lubricantes usados. Los mismos beneficios se consiguen con los cojinetes magnéticos. Los últimos avances están en la línea de cojinetes hidrostáticos que evitan el contacto entre partes metálicas en arranques, paradas y durante la operación de la máquina, consiguiendo que el lubricante teóricamente sea “eterno”. Soluciones tribológicas En este punto vamos a introducir de forma conceptual diferentes soluciones, de uso común en la industria, al problema de soportar un esfuerzo a través de unas superficies, con un nivel aceptable de fricción y desgaste. Lubricación: Las superficies de contacto están separadas por un producto gaseoso, líquido o sólido. En los dos primeros casos, el fluido esta sometido a la presión necesaria para mantener las superficies separadas. La presión puede producirse por un sistema externo de bombeo, lubricación hidrostática, o generarse en el mismo sistema debido a su particular geometría y condiciones de funcionamiento. Este sistema da lugar a la lubricación hidrodinámica y depende fundamentalmente de la viscosidad del fluido. También se utilizan lubricantes sólidos como el grafito y el bisulfuro de molibdeno así cómo productos visco plásticos (grasas) obtenidos al espesar un aceite mineral o sintético con un jabón normalmente metálico. Rodamientos y cojinetes: Las superficies se separan interponiendo bolas o rodillos o bien piezas porosas autolubricantes. La gran variedad de cojinetes y rodamientos usados en la industria evidencia el valor de esta solución. Tratamientos y recubrimientos de materiales: Modificación de las propiedades físicas de los materiales en contacto y/o de sus superficies mediante tratamientos térmicos (temple, cimentación, nitruración) o con aportación de elementos metálicos, químicos o plásticos.


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ROZAMIENTO Más que una simple acción, la lubricación es todo un proceso, en el que intervienen muchos factores de muy variada naturaleza: físicos, químicos, metalúrgicos, de mecánica de fluidos, y sobre todo, humana. Aún cuando generalmente se la define como la forma de eliminar la fricción o rozamiento entre partes que tienen movimiento relativo entre si, la lubricación tiene muchas otras finalidades, como vamos a ver en los puntos expuestos más adelante. Para iniciar nuestro estudio, analizaremos primeramente los principios que interfieren en el rozamiento. Dado que este es el principal factor que queremos eliminar en nuestros equipos, es importante considerar estos principios físicos que lo rigen. En todo lo que nos rodea encontramos la fricción o rozamiento. En realidad está presente tanto para beneficiarnos como para darnos problemas; es deseable en muchos casos y es necesario eliminarla en otros. Incluso cuando caminamos debemos vencer el rozamiento que tenemos con el aire para poder avanzar, pero sin el rozamiento de nuestros pies con el suelo, sería imposible movernos. Normalmente se define el rozamiento como: La fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre otra, debido su atracción mutua, o a sus irregularidades o a ambas cosas. Esta fuerza depende de varios factores, de los cuales los más importantes son los siguientes: a.- La fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza que comprime las superficies entre si, la cual llamamos fuerza normal (N). Es decir, si deseamos mover un cuerpo que tiene un peso x, necesitamos una fuerza igual a x para ponerlo en movimiento. Si sobre este cuerpo ponemos otro igual, necesitaremos una fuerza igual a 2x para ponerlos en movimiento. Esta fuerza es perpendicular a las caras de contacto mutuo. Esta relación es afectada por la fuerza de la gravedad. b.- La fuerza de rozamiento depende de las superficies enfrentadas. Esto nos permite lograr una disminución de la fricción si logramos que las superficies en contacto estén más pulidas. Si observamos en un microscopio potente una superficie lo suficientemente pulida, podemos comprobar que esta no es totalmente lisa, sino que está formada por valles y picos microscópicos. Cuando dos superficies entran en contacto, estos picos soportan la carga, y la fuerza de atracción hace que se "suelden”. De hecho, es en estos puntos que se soportan las cargas y no en la totalidad de la superficie.

c.- La fuerza de rozamiento no depende del área de contacto. Un ladrillo tendrá la misma fuerza de rozamiento independientemente de la cara que pongamos en contacto contra una superficie.

Rozamiento

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d.- La fuerza de rozamiento depende de la clase de movimiento de las superficies. Es decir que tenemos un rozamiento estático y un rozamiento cinético. El primero se da cuando los cuerpos se encuentran en reposo y el segundo se refiere a las fuerzas que afectan el movimiento. e.- La fuerza de rozamiento depende de la velocidad de las superficies en contacto. La fuerza requerida para poner en movimiento el bloque del ejemplo anterior es mayor que la fuerza requerida para mantenerlo en movimiento. Esto se debe a que una vez que el bloque se mueve, los componentes de su las superficies tienden a formar una película de átomos que se mueven para facilitar el movimiento, con lo que se reduce la fricción. De aquí podemos concluir también, que el rozamiento estático es mayor que el rozamiento cinético. Estos principios fueron descubiertos experimentalmente por Leonardo Da Vinci, y redescubiertos en 1699 por el ingeniero francés G. Amontons. Lo más notable de los enunciados de Da Vinci es que estos se dan dos siglos antes de que Newton desarrollara por completo el concepto de fuerza. La relación de la magnitud de la fuerza máxima de rozamiento estático a la magnitud de la fuerza normal se llama coeficiente de rozamiento estático para estas superficies, y la relación de la fuerza del rozamiento cinético a la magnitud de la fuerza normal se llama coeficiente de rozamiento cinético. Matemáticamente se define la fuerza de rozamiento como: Fr = kFn Donde k es una constante llamada coeficiente de rozamiento, y su fórmula puede deducirse de la anterior: F k= r Fn El coeficiente de rozamiento varia de un material a otro. Son muchos los inconvenientes del rozamiento en el desempeño de las máquinas, ya que además de causar el deterioro al friccionarse una superficie con otra, se da una pérdida de fuerza para vencerla, genera calentamiento al transformarse la fuerza en energía térmica, dando como resultado final fallas en los equipos.

Rozamiento

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LUBRICACIÓN Como dijimos anteriormente, nos vamos a referir a la lubricación considerando la totalidad de factores que intervienen en este proceso. El principal objetivo, -y no el único- de la lubricación, es reducir al máximo posible el rozamiento o fricción entre las superficies. Para reducir este rozamiento podemos recurrir a varias alternativas, entre las cuales tenemos tres que se consideran como elementales: la selección de materiales con bajo coeficiente de rozamiento, diseños de ingeniería y el uso de los lubricantes. Para la primera alternativa debemos recordar que no todos los materiales tienen el mismo índice de rozamiento. Así, por ejemplo, la madera sobre madera tiene un coeficiente de rozamiento de 0,16; metal sobre metal de 0,15; piedra sobre madera de 0,40; etc. Con base en estos datos, al diseñarse un elemento que tendrá movimiento relativo con otro, se escogen los materiales que además de cumplir con las otras normas de ingeniería relativas a cargas, torsiones y demás requisitos técnicos, tengan un bajo coeficiente de rozamiento. Ejemplo de esto es el material usado para fabricar los bearings de un motor o el acero usado para fabricar rodamientos. La otra alternativa se refiere al diseño de elementos que ayuden a reducir el rozamiento, como son los roles, muñoneras, chumaceras, etc. La industria fabrica todo tipo de elementos mecánicos que reducen la fricción para un sin fin de aplicaciones. Esto permite a los diseñadotes de equipos contar con las herramientas adecuadas para dar a cada aplicación los mejores componentes. La tercera alternativa es el uso de las sustancias lubricantes, tales como los aceites, las grasas, aire, agua, etc. La elección del lubricante adecuado está basada en una diversidad de factores que permiten determinar el tipo y calidad de lubricante que mejor se adapte a cada aplicación en particular. Muchos de los principios básicos de ingeniería intervienen en este proceso, tales como matemática, estática, dinámica, mecánica de sólidos, mecánica de fluidos, procesamiento de metales y metalurgia, química, termodinámica y transmisión de calor. La industria moderna ha desarrollado lubricantes especializados para cada aplicación, pero depende del ingeniero que diseña el equipo (o del usuario cuando no cuenta con esta información) el poder determinar exactamente el lubricante que debe usar en cada una de ellas. Dependiendo de los factores, el tipo de lubricante puede ser líquido (aceite o agua), semisólidos o sólidos (grasas), o gaseosos (aire). Como resultado primario, se necesita que la lubricación reduzca la fricción, retarde el desgaste y minimice los incrementos de la temperatura, además de ayudar a economizar energía y que el uso mismo del lubricante sea económico (recuérdese que el lubricante va a tener dos costos diferentes: el costo de adquisición y el costo de usarlo. Esto lo analizaremos más adelante). Estos deben dar como consecuencia secundaria que la vida útil de los equipos se alargue, que los tiempos muertos sean mínimos y que los costos de producción tengan los niveles más bajos (como producto de operaciones ininterrumpidas, menores costos de mantenimiento y menores reemplazos de partes). Una lubricación efectiva es parte integrante de cualquier plan de mantenimiento preventivo (en contraposición al mantenimiento correctivo). Con esto se logra que los equipos se mantengan en operación por periodos más prolongados, con los menores daños posibles y con la producción en sus niveles más altos. Lubricación

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Un plan de lubricación que se integre a un mantenimiento preventivo, deberá incluir una programación de la lubricación que indique con toda certeza cuatro puntos básicos, a saber:

El lubricante correcto

En el lugar correcto

Al momento correcto

La cantidad correcta

Existen fórmulas diseñadas especialmente para mantener un control adecuado de la lubricación de equipos industriales y de flotas de transporte. Así mismo, muchas empresas de lubricantes ofrecen a sus usuarios programas de computadora que pueden utilizarse para montar un verdadero plan de lubricación para toda una planta. En el mercado existen muchos sistemas de cómputo desarrollados especialmente para el control de mantenimiento, en los cuales se considera la lubricación como uno de los factores importantes dentro de este proceso. Esto ya no es casualidad, sino que se ha logrado comprender la verdadera importancia de la lubricación y las consecuencias de su descuido. Los costos que se conjugan para llegar a un costo total de mantenimiento, son influenciados directamente por este factor, y en algunos casos se ha demostrado que puede presentar variaciones muy importantes.

Lubricación

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LUBRICANTES Normalmente se define un lubricante como la sustancia que se usa para reducir el rozamiento (y sus consecuencias) entre los elementos de una máquina que tienen movimiento relativo entre si. Actualmente se espera que un lubricante realice otras funciones en algunos equipos, tales como sellar, disipar el calor, efectuar la limpieza de las partes, evitar la acción de contaminantes, transmisión de fuerza (sistemas hidráulicos), transferencia térmica y otras aplicaciones más. En el mercado actual se dispone de lubricantes líquidos (como los aceites, esteres sintéticos, líquidos silicónicos y el agua), o sólidos (como el politetrafluoruroetileno), semisólidos (como las grasas) y gaseosos (como el aire usado en cojinetes de gas). Cada uno de ellos ha sido diseñado para brindar la protección que requieren los elementos en movimiento, pero su acción solo es efectiva si su aplicación es la correcta. Hasta hace poco se han considerado los lubricantes formulados a partir del refinado del petróleo, pero el desarrollo tecnológico ha permitido la fabricación de nuevos lubricantes, que mediante procesos de síntesis llegan a tener una pureza mucho mayor y que han demostrado tener capacidades de lubricidad y resistencia mejores que las de los lubricantes minerales, a la vez que sus costos van en disminución, que los hace más accesibles. Los aceites extraídos del petróleo se obtienen en diferentes fases del proceso de refinado. A estos se les llama productos de base parafínica, de base nafténica, y, en mucho menor proporción, de base aromática, dependiendo de la parte del petróleo que sean extraídos. Esta diferencia hace que los productos tengan comportamientos diferentes en su desempeño (y en su costo), dado que los componentes químicos que contienen afectan su rendimiento, sus capacidades y los resultados de su uso. Algunos fabricantes de lubricantes han establecido procedimientos de fabricación en los que eliminan muchos de los componentes indeseables en un lubricante, por lo que el grado de pureza establece un punto de diferencia importante. Buscando un mejor desempeño, los lubricantes han sido mejorados con la adición de nuevos productos químicos llamados aditivos. De hecho un aceite o una grasa actual difieren enormemente de los que se utilizaban hace algunos años. Los aditivos son compuestos químicos que, en pequeñas cantidades, se agregan al aceite base para mejorar sus propiedades. Algunos se usan para mejorar el desempeño del lubricante, otros para proteger el equipo y un grupo de estos es para proteger el lubricante mismo.

Lubricantes

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ADITIVOS Los aditivos son compuestos químicos que se adicionan al aceite para cumplir varias funciones, tanto protectoras del equipo como del lubricante y mejoradores de su desempeño. Los aditivos son constituyentes importantes en la formulación de cualquier lubricante, y las cantidades que se adicionan de cada uno de ellos son controladas, a fin de lograr el comportamiento correcto. Algunos de estos aditivos pueden tener efectos adversos si son utilizados en cantidades mayores, como por ejemplo, el hidróxido de potasio (KOH). Dependiendo de la función que se requiere del aceite, el paquete de aditivos que contiene está orientado para que éste cumpla funciones específicas y tenga un comportamiento controlado. La ingeniería química ha logrado desarrollar compuestos químicos que hacen de muchos aceites unos verdaderos super lubricantes. Cuando la industria automotriz se desarrolló más ampliamente y se iniciaron los procesos de fabricación en serie en grandes plantas industriales, los lubricantes no lograban los objetivos básicos, por lo que fue necesario mejorar su comportamiento. Para esto las compañías fabricantes de lubricantes se dieron a la tarea de buscar como mejorar las capacidades del aceite puro. Estas investigaciones dieron como resultado una serie de compuestos químicos que, agregados en pequeñas cantidades, dan al lubricante capacidades de desempeño mucho mejores. Los aditivos podemos dividirlos en tres grupos principales, los cuales se detallan a continuación. Es importante aclarar que estos son los usados más comúnmente, ya que existen otros tipos de aditivos que se utilizan en casos muy específicos para algunos equipos, dependiendo de factores ambientales, de diseño, de la operación propia del equipo, etc. Mejoradores del lubricante Como su nombre lo indica, la función de estos aditivos es mejorar las capacidades de lubricidad, protección y funcionamiento del lubricante. El aceite tal y como sale de la refinería seria inútil por si solo para llenar a cabalidad las funciones que se espera cumpla dentro de una máquina. Por esta razón deben ponerse los aditivos necesarios para que sus capacidades físicas y químicas llenen estos requisitos. En el cuadro 1 se muestran con detalle los principales aditivos que se usan para mejorar el desempeño de los lubricantes. La primera columna indica el tipo de efecto que logra el aditivo, la segunda su función específica y la tercer los productos químicos que se añaden para lograr este efecto. No todos los aceites cuentan con todos los aditivos, ya que se tienen aplicaciones en las que uno de estos componente no debe utilizarse. Por ejemplo, si se tiene un sistema de engranes en los que la corona es de bronce, algunos de los aditivos de extrema presión (EP) atacan el bronce y dañarán la corona, dependiendo de la ubicación del tornillo sin fin. Entre los principales aditivos de tecnología moderna que se adicionan al aceite están los anti-fricción, que reducen la fricción a niveles sumamente bajos, en condiciones de lubricación al límite. Estos aditivos reaccionan químicamente con la superficie metálica o sus óxidos para formar capas con baja resistencia a los cortes. Estos aditivos son

Aditivos

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generalmente largas cadenas de alcoholes, aminas y ácidos grasos, así como compuestos orgánicos polarizados. Un alto número de saponificación indica que el lubricante tiene mejores características antifricción. El número de saponificación es una prueba química que indica la cantidad de material grasoso que contiene el aceite, la cual es determinada en la prueba ASTM 0-94, y el resultado es la cantidad de miligramos de KOH que se combinan con un gramo de aceite para formar un jabón. La saponificación propiamente dicha es el proceso mediante el cual las grasas se convierten en jabón. La determinación de las capacidades anti-fricción de un lubricante se llevan a cabo en el laboratorio, midiendo la capacidad del lubricante en condiciones de lubricación al límite. Aunque no se ha podido fabricar una máquina que realice el trabajo de un equipo en condiciones reales, los resultados de estas pruebas ayudan mucho a determinar con bastante aproximación los resultados que se obtendrán en las condiciones de operación reales. En todo caso, la prueba exacta es poner el lubricante a trabajar y medir los resultados finales. Otro aditivo importante es el que permite mantener un control adecuado del desgaste. Estos forman una película de sales orgánicas, metal-orgánicas o metálicas en la superficie del metal, logrando reducir el contacto metal-metal. Estos compuestos ayudan a reducir el desgaste, aunque este es siempre inevitable. La diferencia real se presenta en cuánto se logra extender la vida útil de los componentes con el uso de uno u otro lubricante. CUADRO 1 ADITIVOS MEJORADORES DEL LUBRICANTE ADITIVO Mejoradores del índice de viscosidad Agentes de extrema presión

ACCION Reduce la pérdida de viscosidad a altas temperaturas. Aumentan la resistencia de la presión película lubricante

QUIMICO Polímeros de isobutelino de copolímeros acrílicos. Compuestos de cloro, zinc, azufre y fósforo

Agentes oleaginosos

Aumentan la capacidad de lubricidad Aumentan la adhesión del lubricante al metal Permiten la dispersión del aceite en agua Mejoran la capacidad para soportar cargas elevadas Dan consistencia sólida o semisólida al lubricante

Esteres sintéticos de ácidos grasas Polímeros de alto peso molecular Sulfonatos de calcio

Agentes adhesivos Emulsificantes Metales sólidos Agentes espesadores

Aditivos

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Grafito, boro, calcio, disulfuro de molibdeno Jabones o complejos de jabones diversos



Protectores del lubricante Estos aditivos tienen como propósito lograr que el lubricante tenga una vida útil mayor, aumentar su capacidad de protección contra los agentes externos y "mantenerlo en forma” para que su trabajo sea productivo. Si tenemos en cuenta que el aceite derivado del petróleo es un producto mineral, está expuesto a muchos elementos que lo atacan, y pueden llegar a degradarlo rápidamente: la humedad, las impurezas del medio ambiente, la temperatura y otros factores físicoquímicos derivados del mismo equipo y de la operación del lubricante. Por esta razón estos aditivos son importantes y están presentes en los lubricantes de buena calidad. Algunos de estos aditivos se muestran en el cuadro 2. Se muestran, sus funciones, el resultado que se espera de ellos y los productos químicos que los componen. Uno de los más importantes aditivos de este grupo, son los inhibidores de la oxidación. Los aceites minerales reaccionan con el oxígeno, formando a elevadas temperaturas hidroperóxidos, que luego se convierten en ácidos orgánicos, Estos últimos causan una elevación de la viscosidad, además de que permiten la formación de lodos y barniz, la decoloración del aceite, olores ácidos, causan el desgaste corrosivo, facilitan la formación de espuma y la tendencia del lubricante a la emulsificación. Si bien este punto es crítico, lo es más en equipos que operen a altas temperaturas, y en los cuales el cambio del lubricante se hace en periodos prolongados, como los sistemas hidráulicos, turbinas y equipos similares. La efectividad de los antioxidantes se mide en el laboratorio mediante pruebas realizadas en procesos acelerados, a altas temperaturas y con la presencia de oxígeno, catalizadores y posiblemente agua, generalmente llamadas pruebas de estabilización de la oxidación.

Aditivos

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CUADRO 2 ADITIVOS PROYECTORES DEL LUBRICANTE ADITIVO Agentes antioxidantes

Depresores del punto de fluidez Anticorrosivos

Agentes demulsificantes Estabilizadores del color Agentes deodorizantes

Antisépticos

ACCION Previenen la descomposición del lubricante por oxidación Mejoran la fluidez a bajas temperaturas Previenen ataque compuestos químicos nocivos al metal Previenen la emulsión con el agua Estabilizan el color del lubricante Evitan los olores desagradables en el lubricante Previenen la formación de bacterias

QUIMICO Compuestos de zinc, azufre y fósforo Polímero de ácido esteárico metacrilico Ditiofosfatos de zinc, aminas solubles, derivados fenólicos Polímetros de silicones orgánicos Colorantes fluorescentes solubles en aceite Formaldehído

Germicidas solubles en aceite

Protectores de la maquinaria Como dijimos anteriormente, el aceite tal cual sale de la refinería no es capaz de brindar la protección que requieren los equipos. Como puede verse en el cuadro 3, estos aditivos cumplen funciones sumamente importantes, ya que permiten al lubricante dar una protección completa a las partes de las máquinas. Algunos de estos aditivos trabajan en conjunto para lograr su objetivo, Así por ejemplo, los detergentes trabajan en combinación con los dispersantes: los primeros eliminan la suciedad que se forma en el equipo, los dispersantes se encargan de mantener estas partículas en suspensión hasta que el aceite sea drenado, para evitar que se adhieran a otras partes del equipo. En el cuadro 3 se muestran los principales aditivos de este grupo, sus funciones específicas y sus componentes químicos más comunes. Los aditivos antiherrumbre son algunos de los más importantes, debido a que los metales, especialmente el hierro, reaccionan fácilmente con el oxígeno extraído del agua, formando el herrumbre (óxido de hierro hidratado). Estos aditivos forman una película protectora en el metal, o bien actúan por neutralización de los ácidos. Los componentes típicos de estos aditivos son compuestos altamente básicos, sulfonatos, fosfatos, ácidos orgánicos, esteres o

Aditivos

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aminas. Uno de los puntos más críticos de la formación de herrumbre, es que esta puede soltar pequeñas partículas al flujo de lubricante, volviéndose altamente abrasivas, sobre todo en los casos en que la película lubricante tiene solamente unos micrones de espesor. CUADRO 3 ADITIVOS PROYECTORES DE LA MAQUINARIA ADITIVO Agentes antidesgaste Detergentes/dispersantes Agentes alcalinos Agentes antiherrumbre Desactivador de metales Agentes grasos

Anticorrosivos de la plata

Aditivos

ACCION Reducen la fricción y el contacto metal a metal Previenen la formación de depósitos dañinos Neutralizan los ácidos dañinos Previenen la formación de óxidos en metales Previenen la acción catalítica de algunos metales Previenen el lavado por agua de la película lubricante Previenen la corrosión de los componentes de plata

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QUIMICO Compuestos de cloro, azufre, fósforo y zinc Compuestos de calcio y bario en ácidos silfónicos Hidróxido de potasio Sulfonato de sodio y aluminio Trialkil fosfitos y triaril fosfitos Grasas animales

D-carpetanos



VISCOSIDAD Este es quizás uno de los factores que más se consideran al elegir un lubricante para cualquier aplicación. No obstante, su comprensión requiere de un estudio más detallado acerca de la forma en que opera en las funciones de lubricación. La viscosidad se define como la resistencia de un líquido a fluir. Esta resistencia se debe principalmente a las fuerzas intermoleculares y el rozamiento interno que se da al moverse unas moléculas sobre otras. Para explicar esto con más claridad, veamos la siguiente figura: Aquí podemos ver una placa A que se mueve a una velocidad u sobre una capa de lubricante de espesor h. Para lograr comprender lo que sucede, imaginemos que las capas de lubricante son como cartas de naipe que se mueven unas sobre otras, como pequeñas láminas, accionadas por la fuerza F que se aplica a la placa A. Se supone que las capas que están en contacto con la placa que se mueve adquieren una velocidad u, y las que están en contacto con la superficie estacionaria tienen velocidad nula. La velocidad de las capas que se encuentran en el medio tienen una velocidad que depende de la distancia, y, medida desde la superficie inmóvil. Newton expuso que el esfuerzo tangencial (o cortante) que se genera en el fluido es proporcional a la tasa de variación (o razón de cambio) de la velocidad con respecto a y lo que podemos expresar matemáticamente como:

τ=

F du =µ A dy

Donde µ es una constante de proporcionalidad que se define como viscosidad absoluta, y se le llama también viscosidad dinámica, y es realmente la medida de la resistencia friccional interna del fluido, es decir, su viscosidad. La derivada du / dy es la intensidad de cambio de la velocidad con respecto a la distancia transversal, puede denominarse como la intensidad del esfuerzo deslizante o gradiente de velocidad. La unidad con que medimos las viscosidad dinámica es, en el Sistema Internacional, el newton por metro cuadrado multiplicado por segundo (Ns/m2) o bien (Pa s). En la práctica se usa como medida de la viscosidad dinámica el centipoise (cP). Para efectos de medir mejor la viscosidad de un lubricante, se usa la viscosidad cinemática en lugar de la viscosidad dinámica. En esta medición se elimina toda consideración de fuerza o masa. La viscosidad cinemática, es igual a la dinámica dividida entre la densidad del fluido. µ υ= ρ En el sistema SI, la unidad de medida de la viscosidad cinemática es el metro cuadrado por segundo. Actualmente se utiliza el centistoke (cSt) como la unidad de medición en el sistema cgs.

Viscosidad

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µ = poises o Pa s

1 Pa s = 10 poises = 1000 centipoises

m2/s = 1x104 stokes = 1x106 centistokes Los lubricantes no siempre operan bajo las mismas condiciones de presión y temperatura y los intervalos que se presentan en cualquier sistema son sumamente amplios, lo que puede llevar a variaciones en la viscosidad del lubricante, por lo que es recomendable considerar las relaciones viscosidad-presión y viscosidad-presión-temperatura al seleccionar un lubricante. En la actualidad se cuenta con diferentes tablas de viscosidades establecidas para los diferentes lubricantes, dependiendo de su aplicación (industrial o automotriz), la cuales se basan en las viscosidades cinemáticas. Se toman como base las viscosidades a 40°C y a 100°C o bien las Unidades Saybolt Universales a 100°F y a 212°C. Esto permite una estandarización en la forma de medir las diferentes viscosidades, y resultan de gran ayuda.

Viscosidad

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ACEITES

Viscosidades SAE La Sociedad de Ingenieros Automotrices ha establecido tablas de viscosidad para los lubricantes de motor y las transmisiones automotrices. Esta clasificación fue establecida en el documento SAE J300 y en la publicación 1509C, en la que se detallan los grados de viscosidad de los aceites monogrados para motor como sigue: CLASIFICACIÓN SAE PARA MOTOR (Monógrado) Grado SAE

0W 5W 10 W 15 W 20 W 25 W 20 30 40 50 60

Viscosidad a 100°C cSt Min Max 3,8 3,8 4,1 5,6 5,6 9,3 5,6 9,3 9,3 12,5 12,5 16,3 16,3 21,9 21,9 26,1

CLASIFICACIÓN SAE PARA ACEITES DE TRANSMISIONES MECÁNICAS (Engranajes) (Monógrado) Grado SAE

70 W 75 W 80 W 85 W 90 W 140 250

Viscosidad

Viscosidad a 100°C cSt Min Max 4,1 4,1 7,0 11,0 13,5 24,0 24,0 41,0 41,0 60,0

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Aceites Monogrado: Como su nombre lo indica tiene un solo grado de viscosidad : La W que precede a los primero números indica que el aceite es apropiado para el uso en invierno (winter), en temperaturas muy bajas. Los restantes son aceites para usarse en altas temperaturas. Los grados 20W y 20 son dos clasificaciones separadas. No obstante, debido a los nuevos procesos de refinado, ambos casos pueden tener la misma viscosidad. Posteriormente se desarrollaron los aceites multigrados, gracias a nuevos métodos de manufactura y a los aditivos mejoradores del Índice de viscosidad. Cada fabricante tiene sus aceites multigrados, pero, normalmente los que encontramos son 5W30, 5W40, 20W50 y 15W40, aunque pueden aparecer otras. Estos aceites multigrados son de uso más amplio hoy, ya que su comportamiento ayuda a mantener los motores en mejor condición, al estar más fluidos al momento del arranque en frío. Asimismo, se han clasificado de acuerdo con los niveles de temperatura a que opera el motor. En el aparte dedicado a la lubricación automotriz se analizará con más detalle lo relacionado a los aceites para motor. CLASIFICACIÓN SAE PARA MOTOR (Multígrado) Grado SAE

Viscosidad a 100°C cst Min Max 16,3 19,7 9,3 13,7 13,7 16,3 16,3 19,7 5,6 9,3 9,3 13,7 13,7 16,7 16,3 19,7

5 W 50 10 W 30 15 W 40 15 W 50 20 W 20 20 W 30 20 W 40 20 W 50

Viscosidad

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CLASIFICACIÓN SAE PARA ACEITES DE TRANSMISIONES MECÁNICAS (Engranajes) (Multígrado) Grado SAE

Viscosidad a 100°C cst Min Max 14,0 15,0 16,5 17,3 34,1 26,0

80 W 90 85 W 90 85 W 150 Viscosidades ISO .

Inicialmente se utilizaba la escala de viscosidades basada en las mediciones de la viscosidad en Segundos Saybolt Universales (SUS) a temperaturas de 100°F y a 212°F. Posteriormente, la Organización Internacional de Estandarizaciones (ISO), en su propuesta 3448-1975 estableció la medición de las viscosidades de aceites industriales en centistokes (cSt), medidas a 40°C y a 100°C de temperatura. Esta nueva escala tiene varias ventajas:

Aceptación internacional, lo que beneficia a los usuarios, fabricantes de equipos y productores de lubricantes.

El grado de lubricante recomendado por el fabricante del equipo es el mismo que se pone en el nombre del producto.

Se eliminan virtualmente las conversiones de una viscosidad a otra.

El número en el nombre del producto representa normalmente la viscosidad del lubricante.

En el siguiente cuadro se designan los grados de viscosidad ISO. Cada grado es un 50% mayor que el grado precedente.

Viscosidad

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GRADOS DE VISCOSIDAD ISO PARA ACEITES INDUSTRIALES Grado ISO

2 3 5 7 10 15 22 32 46 68 100 150 220 320 460 680 1000 1500

Viscosidad a 100°C cSt Min Max 1,98 2,42 2,88 5,52 4,14 5,06 6,12 7,48 9,00 11,00 13,50 16,50 19,80 22,00 28,80 35,20 41,40 50,60 61,20 74,80 90,00 100,00 135,00 165,00 198,00 241,00 288,00 352,00 414,00 506,00 612,00 748,00 900,00 1100,00 1350,00 1650,00

Grados de viscosidad AGMA La Asociación Americana de Fabricantes de Engranajes ha establecido su propia tabla de viscosidad es para los lubricantes recomendados en sus equipos. En la tabla siguiente se detallan los grados de viscosidad para los números AGMA. Los aceites de la columna R&O son minerales puros, mientras que los EP son lubricantes con aditivos de extrema presión. Los grados compuestos incluyen generalmente grasa animal o cebo como espesante. Las viscosidades están dadas en cSt; los grados ISO que se muestran en la columna central son la equivalencia más aproximada. Para los engranajes automotores se cuenta con una clasificación especial, dada por la SAE y los grados de calidad API. Por norma general, un aceite para engranajes industriales no debe usarse en un diferencial automotriz y viceversa.

Viscosidad

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GRADOS DE VISCOSIDAD AGMA PARA ENGRANAJES INDUSTRIALES GRADO R&O

VISCOSIDAD

GRADO

GRADO

@40ºC

ISO

EP

MIN

MAX

1

14,4

50,6

46

--

2

61,2

78,4

68

2EP

3

90,0

100,0

100

3EP

4

135

165

150

4EP

5

198

242

220

5EP

6

288

352

320

6EP

7 COMPOUND

414

512

460

7EP

8 COMPOUND

612

748

680

8EP

8A COMPOUND

900

1100

1000

8A EP

Debe tenerse presente que la equivalencia de viscosidad no indica que un lubricante pueda usarse indistintamente en diferentes aplicaciones. Es decir, aunque un aceite para motor sea equivalente a un aceite mineral ISO 46, por ejemplo, no significa que ambos aceites puedan intercambiarse al lubricar un equipo específico. Índice de viscosidad Todos los aceites tienden a variar su viscosidad con forme cambia la temperatura. Es deseable que esta variación sea lo menor posible, ya que en algunos casos una baja en la viscosidad puede tener consecuencias fatales, como en el caso de los aceites para sistemas hidráulicos, donde una situación de estas genera problemas en la operación de los equipos. Para evitar que se presenten estas variaciones, al aceite se le adicionan aditivos que mejoran el comportamiento de la viscosidad en estas condiciones. A la capacidad del aceite para mantener su viscosidad ante los cambios de temperatura está definida por su Índice de Viscosidad (IV). Es decir, que el IV es una medida de la capacidad del aceite para mantener su viscosidad ante los cambios de temperatura. Se considera como aceptable un valor (N) arriba de 100, aunque en algunas aplicaciones es deseable un Índice de viscosidad mayor. Para determinar el N de un aceite se usan los procedimientos de las pruebas ASTM D-567 y ASTM 0-2270. En el segundo caso, se calcula el N a partir de la viscosidad cinemática a 40° C y a 100° C, con dos métodos diferentes: uno para aceites con N menor que 100 y otro para los que son mayores que 100. Otra forma de determinar el N es mediante una gráfica, en la cual se indica la viscosidad a 40°C, la viscosidad a 100°C (en dos escalas diferentes),

Viscosidad

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y se traza una recta que pasa por estos puntos y en la parte inferior va a marcar en otra escala el N. (Ver anexos) Por lo general todos los fabricantes de aceites indican este dato en las especificaciones de sus productos, y es un factor a considerar al seleccionar un aceite, sobre todo para aquellas aplicaciones en las que las variaciones de temperatura son una variable que debe tomarse en cuenta. Los aceites que se fabrican actualmente incluyen en su formulación mejoradores del N. Estos ayudan a mejorar el comportamiento de los aceites en condiciones difíciles, como lo son altas temperaturas o condiciones de congelación. Los resultados se ven en una mejora del punto de fluidez, que es el punto a que un aceite deja fluir. Este es uno de los fenómenos en que la temperatura afecta directamente la acción del lubricante. El primer punto en que se nota esta pérdida de fluidez es debida a la congelación y cristalización de las partículas de cera que contiene el aceite. Entre mayor sea la viscosidad del aceite, menor será su punto de fluidez. (un ISO 46 tiene un punto de fluidez de alrededor de -39° C, mientras que un ISO 460 es de -15° C). Densidad La densidad se define como la masa por unidad de volumen de una sustancia. En los aceites se usa para determinar la masa de un volumen dado, o bien, el volumen de una masa dada. En lubricación se utiliza para identificar un aceite, una fracción de aceite y en la medición de la viscosidad cinemática (que es igual a la viscosidad absoluta divida entre la densidad). También es una de las variables que se usan para determinar el incremento de temperatura en una película lubricante y para determinar el Número de Reynolds (que determina si el flujo de lubricante es laminar o turbulento). La medida de la densidad en el sistema SI es el kg/m3 Gravedad específica Esta es una medida de la relación entre la masa de un volumen dado de un líquido y la masa de un volumen igual de agua. La gravedad específica es adimensional. Para los aceites, la gravedad específica varía generalmente entre 0,86 a 0,98, mientras que la gravedad especifica del agua a 15,6° C es 1. Es corriente obtener en una hoja de especificaciones de un lubricante la Gravedad API. Esta una indicación de los grados de gravedad API en lugar de la gravedad específica. Esta medida es una expresión de la densidad del lubricante medida con un hidrómetro, y tiene una relación inversa con la gravedad específica.

Viscosidad

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LAS GRASAS Las grasas están compuestas por un aceite base, al cual se le adiciona un espesante, que puede ser un jabón, una mezcla de jabones, un espesante metálico, algunos compuestos (complejos) u otras sustancias no jabonosas. Los jabones de uso más frecuente son los jabones de litio, de aluminio, de calcio, de bario, de sodio y más recientemente un compuesto a base sulfonato de calcio sobrecomplejo. De acuerdo con su composición, se obtienen resultados diferentes en el comportamiento de las grasas. Al final de este apartado se incluye una tabla en la que se muestran los diferentes tipos de grasas y sus características de comportamiento más sobresalientes. IMPORTANTE: No todas las grasas son compatibles entre si, por lo que debe tenerse cuidado de no poner a trabajar grasas que no sean compatibles ya que perderán todas sus capacidades de lubricación. La selección de una grasa como lubricante en lugar de un aceite, ha sido definida en forma clara en el reporte informativo J310a de la Sociedad de Ingenieros Automotrices de Estados Unidos, el cual dice: “Las grasas se prefieren en lugar de un fluido cuando se requiere que el lubricante se mantenga en su posición original en un mecanismo, especialmente en aquellos casos en que una relubricación frecuente pueda ser limitada o económicamente injustificable. Este requerimiento puede deberse a la configuración física del mecanismo, el tipo de movimiento, el tipo de sello o la necesidad de que el lubricante forme parte o toda la función de sellado para prevenir la pérdida del lubricante o la entrada de contaminantes externos. Debido a su naturaleza sólida, las grasas no pueden llevar a cabo las funciones de enfriamiento y limpieza que se asocian con los lubricantes líquidos. Salvo estas excepciones, se espera que las grasas cumplan con todas las funciones de lubricación de los lubricantes fluidos”. El comportamiento de la grasa, así como sus propiedades y su estructura están determinadas por los componentes que se usen en su fabricación, el rango de composición entre el aceite y el espesante, y los componentes suplementarios que se agreguen a la misma. Comúnmente se denomina el tipo de grasa dependiendo del tipo de espesante que se usa en su formulación, los cuales son llamados "base”, y generalmente pueden ser de tres tipos diferentes: Jabones simples: que son formulados a partir de una combinación de ácidos grasos (derivados de grasas animales o vegetales) y un metal activo. El metal es el componente que da nombre a la grasa. Jabones complejos: son formadas por la reacción conjunta de un metal activo con un ácido graso y un ácido no graso. Normalmente, la reacción con un ácido graso se conoce como un jabón, y con un ácido no graso se conoce como una sal. Los jabones complejos generalmente tienen como agente activo el bario, el aluminio, el litio, el calcio y el sodio. Las grasas de complejo de litio y de sodio no son consideradas químicamente como complejos en el sentido estricto, pero no obstante se clasifican como grasas. Algunas de las ventajas que ofrecen estos tipos de grasas son puntos de goteo más elevados y una mejora en su comportamiento general, comparadas con las grasas de jabones simples.

Las grasas

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No jabonosas: este tipo de componentes se dividen en dos tipos principales: Inorgánicas: en estas se usa un tipo de espesante de origen mineral, entre los cuales se encuentran la bentonita, el grafito, el carbón negro, un gel de silicio y otros tipos de óxidos metálicos. Algunas veces, dependiendo de la severidad de las condiciones de operación de la grasa, se adiciona como espesante el disulfuro de molibdeno. Una de las principales características de estas grasas es su excelente comportamiento en condiciones de temperaturas extremas. Orgánicas: este tipo de espesante son principalmente de naturaleza polimérica y se aplican en la formulación de grasas para aplicaciones especiales. Algunos de estos son la polyurea, polietileno, polipropileno, policarbohidratos y politetrafluoretileno (PTFE), que es uno de los materiales con el más bajo Índice de fricción que se conoce. Así mismo, los aceites que se usan en la formulación de las grasas les dan a estas otra serie de características. Entre los más importantes de estos aceites, podemos citar los siguientes: Aceites de petróleo para las grasas de uso general, en rangos de temperatura que van desde los -340 C a los 1490 C. Los aceites diestéricos se usan para operaciones hasta los -540 C. Los aceites de ésteres cubren un rango de temperaturas mayores que van desde los -730 C hasta los 1770 C. Los aceites de silicona soportan rangos de temperaturas más amplias, desde los -730 hasta los 2320 C, pero tienen la desventaja de que su capacidad para soportar cargas es muy limitada. Las bases de aceite de fluorosilicona, además de las capacidades de la anterior, tienen una capacidad de carga mucho mayor, además de una alta resistencia a la acción destructiva de los combustibles, disolventes y sustancias corrosivas. Son especiales para aplicaciones aeroespaciales, ya que tienen una volatilidad en el vacío sumamente baja, de hasta 10-7 torr. Las grasas de aceites perfluorados tienen una alta inercia química y son totalmente no inflamables. Poseen alta capacidad de carga y pueden usarse en temperaturas de hasta 1800ºC por periodos prolongados, lo que las hace especiales para plantas de procesos químicos y aeroespaciales, en los que la necesidad de una alta confiabilidad justifica su costo más elevado. En resumen podemos decir que una grasa es un aceite base más el espesante. Cuando se habla del espesante hablamos de un ácido graso y un metal activo, que el que da el nombre a la base de la grasa. Por ejemplo, una grasa a base de litio significa que el metal activo es el litio. Cuando se habla de una grasa con una base compleja, por ejemplo, complejo de litio, es que además de los componentes anteriores, se adiciona un ácido no graso. Los diferentes grados en que se clasifican las grasas son establecidos por la NLGI (Instituto Nacional de Grasas lubricantes de Estados Unidos), y para determinar el grado de textura de las grasas se ha establecido una medición de la penetración que presenta una grasa. Para determinarla se utiliza los procedimientos de la prueba ASTM 0-217, la cual incluye el uso

Las grasas

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de un aparato llamado "penetrómetro” y se mide en una escala graduada de cuántas décimas de milímetro penetra el cono en la grasa después de 60 batidas y a una temperatura de 77° F. Estas mediciones establecen rangos máximos y mínimos para determinar el grado de la grasa, según la siguiente tabla:

GRADO

PENETRACION 60 BATIDAS

NLGI

MÍNIMA

MÁXIMA

000

445

475

00

400

430

0

355

385

1

310

340

2

265

295

3

220

250

4

175

205

5

130

160

6

85

115

Para tener una idea de la consistencia de una grasa en condiciones de operación, se considera importante tener los datos del resultado de la prueba de penetración a 60 batidas y a 10 000 batidas, a una temperatura de 77° F, de manera que se pueda obtener la tasa de variación, la cual debe ser lo menor posible. Para efectuar las batidas de la grasa, se utilizan equipos especiales.

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FORMAS DE LUBRICACION Con el advenimiento de las nuevas máquinas, los problemas que presentaban las necesidades de lubricación fueron variando de acuerdo con los nuevos equipos. Cada nueva máquina implicaba nuevas complicaciones para su mantenimiento adecuado, por lo que tanto los lubricantes como su forma de aplicarlo fueron variando, para satisfacer las nuevas necesidades. Actualmente se consideran cinco formas de lubricación básicas, cada una aplicada de acuerdo con los equipos, sus necesidades de protección y el tipo de lubricante que se utiliza. Son varios los factores que se toman en consideración para determinar el tipo de lubricación que ha de aplicarse. Un cojinete de deslizamiento o chumacera, el extremo de un eje o muñón que gira u oscila en el interior de un casquillo, un émbolo que se desliza dentro de un cilindro o los dientes de un engrane que embonan entre si, son ejemplos de movimientos tanto deslizantes como rodantes que requieren de un lubricante para reducir la fricción, el desgaste y el calentamiento. Para cada uno de estos elementos se nos presentan problemas diferentes, y la forma en que deben lubricarse también son diferentes. Vamos a hacer un breve análisis de las cinco formas diferentes de lubricación que se tienen definidas en la industria actualmente.

Lubricacion Hidrodinámica En este tipo de lubricación las superficies que soportan la carga están separadas por una capa de lubricante relativamente gruesa, de manera que se impide el contacto directo metal a metal. No se requiere meter el lubricante a presión (aunque algunas veces puede darse), ya que el movimiento mismo de las partes fuerza al lubricante a entrar en el área de contacto. Se requiere un suministro constante de lubricante, el cual es arrastrado en forma cuneiforme o cuña al área de contacto. La velocidad es un factor importante, ya que es el mismo movimiento el que se encarga de introducir el lubricante para evitar el contacto entre las superficies. Generalmente se considera la forma de lubricación ideal, ya que da un bajo rozamiento y la mayor resistencia al desgaste. En este tipo de lubricación juegan un papel importante tanto la viscosidad del lubricante como su resistencia a los esfuerzos de corte y el acabado de las superficies en contacto. La lubricación hidrodinámica se fundamenta en tres factores que deben darse para que esta opere correctamente: 1- Un fluido viscoso debe separar las superficies lubricadas 2- Debe existir movimiento relativo entre las partes 3- La configuración geométrica de la película debe ser mayor a la entrada que a la salida, de manera que se forme una cuña convergente del lubricante. Es necesario que la película lubricante sea mayor que el tamaño máximo de las asperezas de la superficie, por lo que las propiedades físicas del lubricante determinan el

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comportamiento del contacto, de manera que la película sea insensible incluso a la acción química en capas superficiales de dimensiones moleculares. Debe recordarse que en algunos casos puede presentarse algún tipo de rozamiento al momento del arranque o la parada, debido a que si el lubricante que se usa no tiene la suficiente calidad, no entrará al área de contacto cuando la velocidad no sea la suficiente para generar la presión necesaria para hacer que el mismo entre en esta área. Son muchos los factores que intervienen en este tipo de lubricación, algunos muy importantes, que cuando están fuera de los requisitos para que la lubricación sea efectiva, causando problemas que la mayoría de las veces no son detectados, por lo que nos dedicamos a “solucionar” síntomas, sin llegar al verdadero problema. Es posible, por ejemplo, que una elevación en la relación de excentricidad de una muñonera (debida a un desgaste excesivo) cause que la grasa se salga del elemento, y normalmente se dice que el problema es la grasa.

Lubricacion Hidrostática Al contrario del caso anterior, este tipo de lubricación requiere que el lubricante (normalmente aire o agua), sea introducido en el área de contacto con la suficiente presión para separar las superficies en contacto. Esta lubricación se usa cuando los cojinetes tienen velocidades nulas o muy bajas y la resistencia friccional debe reducirse al mínimo. Este tipo de lubricación es utilizada en los casos en que la velocidad es muy baja o las cargas son muy elevadas, y su principal diferencia con la lubricación hidrodinámica es que el lubricante es introducido al área de contacto a presión, desde el exterior. En este sistema la capacidad de carga es independiente del movimiento o de la viscosidad, y la carga máxima que pueda soportarse dependerá más de la capacidad del flujo o la fuerza que lo impulse al punto de contacto. Algunas de las aplicaciones de este tipo de lubricación la encontramos en las chumaceras hidrostáticas utilizadas en equipos de laminado, máquinas-herramientas, telescopios, grandes antenas para radar y equipos similares, que tienen altas cargas, movimientos muy bajos y que operan con una fuerza impulsora mínima.

Lubricacion Elastohidrodinamica Esta una forma especial de la lubricación hidrodinámica, en la que la deformación elástica de las superficies que entran en contacto debe tomarse en cuenta. Se aplica principalmente a superficies que tiene contacto rodante, como sistemas de engranes y cojinetes de rodamiento, que tienen baja conformidad y las cargas son normalmente altas. Otros métodos de lubricación con aceite pueden ser por goteo, por nebulización o por aire con aceite. En estos sistemas se requiere de equipos especializados, de manera que el lubricante llegue al rodamiento en la cantidad necesaria. La inyección de aceite se utiliza cuando se requiere estar renovando el lubricante constantemente debido a las elevadas temperaturas. La elección de cada método dependerá de todos los factores que pueden


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incidir en una lubricación adecuada. Cada método tiene sus propias ventajas y desventajas, tales como los costos y la facilidad de instalación en los equipos. Los aceites que se utilizan para la lubricación de rodamientos pueden ser de varios tipos, entre los que se prefieren los aceites minerales puros, aunque pueden utilizarse aceites sintéticos, ésteres, glicoles polialquilénicos, polialfaolefinas, aceites a base de siliconas, combinaciones de cloro-flúor y algunos líquidos hidráulicos especiales. El factor de elección más importante es la viscosidad del aceite. Esto se debe a que la viscosidad es afectada en forma directa por la temperatura, por lo que los aceites con alto Índice de viscosidad son mejores. Los aceites minerales son estables hasta aproximadamente los 150 a 1800ºC. Las temperaturas altas van generando partículas contaminantes que se van depositando y generan efectos adversos en la lubricación. Una de las desventajas de estos aceites es que son muy vulnerables a la presencia de agua, lo cual puede causar danos por corrosión. Los ésteres pueden ser ésteres o diésteres y tienen la ventaja de ser térmicamente más estables, poseen una mejor correlación velocidad-temperatura, lo que los hace ideales para situaciones de altas velocidades con altas temperaturas. Por lo general pueden ser mezclados con los aceites minerales. Los que contienen aditivos básicos tienen la desventaja de que se descomponen con la presencia de agua. Los glicoles polialquilénicos tienen un buen comportamiento a bajas temperaturas y una relación velocidad-temperatura buena, por lo que pueden operar en rangos de temperatura más amplios (entre -50 a +2000ºC). Gracias a su capacidad para proteger contra la corrosión, los intervalos de cambio pueden ser de hasta cinco veces los usados con aceites minerales. Una de sus desventajas es que no son solubles en agua y su capacidad para separarse es muy mala y nos son miscibles con aceites minerales. Debe tenerse cuidado con las jaulas de aluminio, las cuales son atacadas por estos aceites, así como algunas de las lacas que protegen a los soportes. Las polialfaolefinas (PAO) son combinaciones de hidrocarburos fabricados sintéticamente. Pueden ser aplicadas en una amplia gama de temperaturas. Por sus capacidades de protección contra la corrosión, que les permite una operación mucho más prolongada, se prefieren a los aceites minerales. Poseen una buena correlación velocidad-temperatura y pueden mezclarse en cualquier proporción con los aceites minerales. Debido a la deformación que sufre el metal, las superficies de contacto se hacen mayores, lo que da una mayor capacidad de carga que puede ser predicha por la teoría elastohidrodinámica. Esta lubricación requiere superficies muy bien pulidas, para prevenir el contacto de las asperezas. El módulo de elasticidad de los materiales ha dado dos clasificaciones a esta lubricación, por lo que se dividido en dos, la lubricación elastohidrodinámica dura (LEH DURA) y lubricación elastohidrodinámica suave, dependiendo del módulo de elasticidad de los materiales.


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LEH DURA Está directamente relacionada con aquellos materiales que poseen un alto módulo de elasticidad, como los metales. Se consideran importantes la deformación elástica y los efectos de la presión-viscosidad. En este tipo de lubricación se incluyen los engranajes y las chumaceras con o sin cojinetes. LEH BLANDA Se relaciona con materiales que tienen bajo módulo de elasticidad, como el caucho. En estos materiales las distorsiones elásticas son muy grandes, aún con cargas muy bajas. Adicionalmente, en este tipo de materiales el efecto de las presiones es relativamente bajo sobre la viscosidad del fluido lubricante. Este tipo de lubricación es importante en aplicaciones de ingeniería y fisiológicas, como sellos, articulaciones humanas, neumáticos de automóvil y varios elementos de máquinas que se fabrican con materiales elastoméricos lubricados. El desarrollo de la lubricación elastohidrodinámica es uno de los principales desarrollos de la tribología en el presente siglo. Esto ayudó no solo a explicar mejor el comportamiento de una lubricación efectiva, sino que permitió una comprensión mejor de los diferentes tipos de lubricación. No es el objetivo de este trabajo entrar en los detalles técnicos, pero es importante mencionar que en este tipo de lubricación entran en consideración las diferentes formas de contactos que se dan entre los componentes de las máquinas (conformantes y no conformantes), así como muchas otras variables, tal como el grosor mínimo de película requerida en cada aplicación, que pueden ser consultadas en libros de ingeniería apropiados.

Lubricacion de capa limite En algunas ocasiones se da una elevación de la presión, de la temperatura, de la velocidad o una disminución en la viscosidad del lubricante que hace que la película lubricante sea de solamente algunas moléculas de grosor que puede llegar a permitir un contacto entre las partes altas (picos) de las superficies, que se aproxima a la fricción en seco entre las partes, que puede llegar a causar desgaste. En estos casos al lubricante se le adicionan aditivos especiales, á base de compuestos orgánicos formados por largas cadenas de moléculas con un grupo final activo, que generalmente puede ser un alcohol, una amina o un ácido graso. Cuando estos componentes encuentran una superficie metálica u otra superficie sólida, este grupo se adhiere al sólido y forma una película sumamente resistente que evita el contacto metal a metal. La formación de estas películas lubricantes pueden darse por tres medios diferentes, en los cuales la energía de ligación de las moléculas de la película con la superficie determina el comportamiento de la película lubricante. Formas de lubricación

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Absorción física Esta forma de adsorción es rápida, reversible y no específica. No es la más efectiva, debido a que las energías de enlace son débiles. Puede ser monomolécular o de capas múltiples. No se da traspaso de electrones. La reducción del desgaste es más limitada que en otras formas. Absorción química Para lograr esta forma se agregan al lubricante componentes de origen vegetal y animal. Estos componentes tienen en sus terminales activos moléculas de ácidos grasos de cadena larga que tienen gran afinidad con los metales, y que se sitúan en forma perpendicular a la superficie, formando como una alfombra. Estos componentes forman un jabón metálico con muy baja resistencia al corte y que logran bajar los coeficientes de rozamiento. La temperatura es el factor que determinan la efectividad de esta película, ya que los jabones se descomponen a cierto nivel, por lo que deben escogerse aditivos que reaccionen con lo metales y soporten temperaturas altas. Los enlaces son más fuertes, y tienen lugar transferencias de electrones. Reacción química Presentan la mayor resistencia y se utiliza en condiciones más críticas. En ella se utilizan compuestos que soporten mayores temperaturas, como el cloro, azufre, fósforo y zinc, que se adicionan como aditivos de extrema presión. El azufre, por ejemplo, reacciona a temperaturas de alrededor de 100°C, para formar sulfuros con puntos de fusión superiores a los 1000ºC. Esta formación de película es irreversible, y puede darse en forma lenta o rápida, dependiendo de la reactividad, temperatura u otras condiciones.

Lubricacion de película sólida Cuando se dan temperaturas extremas, en las que los lubricantes ordinarios no pueden operar, se utilizan los lubricantes sólidos, como el grafito o el disulfuro de molibdeno. Estos componentes normalmente se ponen en un vehículo (grasa o aceite), que se disipa con la temperatura, liberando el lubricante sólido. En algunos casos, debe tenerse cuidado cuando los equipos que operan a altas temperatura se detienen por alguna razón (mantenimiento, falla, falta de energía, etc.), ya que algunos lubricantes sólidos deben eliminarse antes de poner el equipo en marcha, y debe reemplazarse con nuevo lubricante. Esto se debe a que algunos lubricantes sólidos pueden causar daño cuando se ponen a operar en baja temperatura. Algunos lubricantes utilizados en hornos u otros puntos en los que las temperaturas son realmente elevadas, se requiere que la aplicación del lubricante se efectúe a ciertas temperaturas (alrededor de los 1000ºC), de manera que el vehículo logre disiparse y el lubricante sólido se mantenga en la superficie. Si se aplican en frío, por lo general el lubricante se derrama o se cae de la superficie antes de que esta llegue a la temperatura adecuada.


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LUBRICACION AUTOMOTRIZ El mayor porcentaje del aceite que se vende en el mundo es utilizado en la industria automotriz. No obstante, a pesar de que cuando tenemos un auto queremos darle el mejor cuidado, normalmente no sabemos cual es la mejor forma de proteger sus partes. La selección del aceite del motor es uno de los puntos vitales para que este nos dé el máximo de rendimiento por muchos años. Así mismo, la lubricación de otros componentes, tales como la transmisión, dirección hidráulica, ejes y otros componentes es importante. Vamos a analizar la lubricación del equipo automotor, teniendo en cuenta las recomendaciones de los fabricantes y los lineamientos que nos dan las instituciones especializadas en este campo.

Motor La selección del aceite para el motor debe hacerse, en primer término, de acuerdo con la recomendación del fabricante. Todos los vehículos (autos, camiones, agrícola, etc.), tienen en su manual la indicación de la viscosidad del aceite que se requiere, dependiendo de los rangos de temperaturas en las que opere el equipo. Esta viscosidad se recomienda tomando en cuenta todos los factores de construcción del motor, tanto en los materiales usados como en las tolerancias permitidas. Todos los aceites tienen en su envase la indicación de la viscosidad SAE para ese aceite. El aceite en el motor debe cumplir con una serie de funciones, por lo que la calidad del mismo debe ser tal que no se presenten complicaciones en el funcionamiento del equipo. Algunas de estas funciones son las siguientes:

Facilitar el arranque en frío: sobre todo en condiciones climáticas adversas, el momento en que se pone en operación el motor es cuando sufre el mayor desgaste. Se estima que casi el 70% del desgaste del motor se da en este momento, por lo que el aceite debe tener la viscosidad necesaria para llegar a todas las partes móviles en el menor tiempo posible. Debido a esta situación, se prefiere el uso de los lubricantes multigrado, los cuales tienen una viscosidad menor a temperatura ambiente, incrementando su viscosidad conforme se eleva la temperatura.

Prevenir el desgaste: mediante una película lubricante que debe ser lo suficientemente fuerte para no romperse en los puntos en que la fricción seria critica, como lo son los bearings y el sector de los pistones. La película lubricante debe permanecer en estas partes para reducir al mínimo la fricción, evitando el desgaste de estos componentes.

Proteger contra la corrosión y el herrumbre: cuando los combustibles (gasolina o diesel) no se queman completamente, estos se escurren hacia el cárter, donde forman complejos químicos muy nocivos para el motor. Estos compuestos llegan a obstruir los ductos del lubricante y son responsables de la formación de muchos contaminantes, tales como el carbón y el barniz, que afectan directamente el funcionamiento del motor y su vida útil. La formación de agua como subproducto de la combustión es otro de los problemas que el aceite debe combatir. Esta agua causa la oxidación de las partes metálicas, por lo que el lubricante debe tener la capacidad para proteger al motor de este elemento.

Lubricación Automotriz

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Mantener el motor limpio: como parte de sus funciones, el aceite debe "manejar" los contaminantes, para lo que se emplean los jabones y dispersantes. la formación de barro dentro del motor y otros depósitos debe ser eliminada, y para esto el aceite debe contar con la formulación necesaria para cumplir con esta función. Estos compuestos forman fracciones químicas complejas que reaccionan con el oxigeno, formando sustancias sumamente dañinas para el motor. Algunas veces sucede que cuando se pone un aceite de una mejor calidad, al limpiarse todas las áreas críticas las tolerancias se hacen más difíciles de manejar y comienza a quemarse el aceite.

Enfriar el motor: no todo el motor es enfriado por el agua. Muchas de sus partes, tales como el cigüeñal, el árbol de levas y otros deben ser enfriados por el aceite, por lo que este debe tener una buena conductividad térmica, a fin de transmitir el calor hacia el exterior del block. Es importante recordar que los metales que forman el motor tienen una temperatura límite que pueden soportar, por lo que el enfriamiento del mismo es de suma importancia. Todos sabemos lo que ocurre cuando un motor se sobrecalienta, y más aún cuando en estas condiciones el aceite no tiene la calidad suficiente para dar la protección adicional que se requiere.

Sellar: en el sector de los anillos, ya que estos no están completamente pegados a la superficie del cilindro (de ser así, el pistón no se movería). Visto con un microscopio, se puede observar el espacio que se encuentra entre el anillo y la pared del cilindro. El aceite debe sellar este espacio, de manera que los gases de la combustión y la compresión no se escapen hacia el cárter. La película lubricante en este sector llega a tener un grueso de algo así como 0.025 mm, por lo que el lubricante debe soportar la carga y proteger las paredes, a la vez que evitar el trasiego de la compresión y los gases fuera de la cámara de combustión.

Considerando estos factores: ¿cómo podemos escoger el mejor aceite para el motor? Gracias a dos institutos que hacen estos análisis por nosotros, la selección del aceite es más sencilla. En primer término, dijimos que la viscosidad debe seleccionarse de acuerdo con lo que recomienda el fabricante del motor, y ya sabemos que las viscosidades de los aceites para motor nos la da la Asociación de Ingenieros Automotrices (SAE). Pero, ¿cómo sabemos cuál es el aceite de mejor calidad? Para esta pregunta la respuesta nos la da el Instituto Americano de! Petróleo (API), el cual en conjunto con la Asociación de Fabricantes de Automóviles de Japón (JAMA) y la Asociación de Fabricantes de Motores (EMA) realizan las pruebas necesarias para certificar la calidad de los aceites lubricantes. Efectivamente, todos los envases de lubricantes para motor tienen en su anverso una "dona" conocida como la "dona API". En la ilustración de la siguiente página vemos esta dona tal como aparece en cualquier aceite de calidad.


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En la parte superior se nos indica la calidad del aceite. Esta calidad está dada por un código formado por letras y número, como por ejemplo CG-4, CF-4/SH. Esto quiere decir que el aceite tiene la especificación más alta para motores diesel, una clasificación SH para gasolina. Cuando se inicio el mercadeo de autos, los fabricantes de lubricantes no tenían forma de certificar la calidad de sus lubricantes, comparados unos con otros, así que el API se dio a la tarea de clasificar la calidad de los aceites mediante pruebas de laboratorio, llamadas "secuencias". Los aceites que pasaban estas pruebas reciben una especificación de calidad, la cual se compone de las letras "S" para gasolina (de "spark", que es la palabra para indicar la "chispa" de la candela para la ignición), y la letra "C" (de la palabra "compression" para el diesel), aún cuando la API ha considerado esto una mera coincidencia. A cada lubricante se le asigna el código de calidad, el cual se muestra completo para la gasolina y el diesel en las tablas, que aparecen al final de este apartado, las cuales fueron tomadas de la publicación AP11509C. Aún cuando un motor tenga un año de fabricación viejo, lo recomendable es usar siempre el aceite con la más alta calificación de calidad, ya que de una calificación a otra, la protección general del motor se incrementa considerablemente. En el centro de la dona aparece la especificación del grado de viscosidad SAE para ese aceite y en la parte inferior se indica si el aceite está clasificado como un economizador de energía. El uso de aceites con esta clasificación en una forma amplia en un país significa que se puede obtener un ahorro de combustible en forma general (como un todo), pero no significa que un usuario en particular pueda notar un verdadero ahorro de combustible, ya que este puede variar dependiendo de diversos factores, tales como el estado del motor, las condiciones de operación, los componentes del motor y el mantenimiento que se le de al mismo, así como el aceite usado previamente. Esta designación solamente se aplica a aceites para automóviles de pasajeros y vehículos livianos. En términos generales, una designación Energy Conserving I implica alrededor de un 3% de ahorro de combustible y la clasificación II un 7% de ahorro. No existe una norma para definir la regularidad de los cambios de aceite del motor. En este punto existen muchas opiniones, algunas encontradas a veces, pero en la realidad, la única forma de determinar si los cambios se están haciendo con la regularidad apropiada es mediante un análisis de laboratorio del aceite en cuestión. En lo personal, esta es mi recomendación, dado que el paquete de aditivos no es exactamente igual de un aceite a otro, las condiciones de operación son diferentes, las prácticas de manejo ni las distancias recorridas en un intervalo de tiempo dado son iguales. Como norma, un aceite de un motor que recorre cortas distancias con paradas y arranques, debe cambiarse antes que uno usado en un motor que recorre largas distancias. Así mismo, las condiciones ambientales deben considerarse lo mismo que la calidad del combustible usado. En algunos casos, como en los motores diesel, existen aditivos que se "gastan" más rápido, y que son vitales para la protección del motor, como lo es el TBN (Total Base Number) y que al igual que otros aditivos de los aceites para motor merecen un poco de atención adicional.


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CLASIFICACIÓN API PARA ACEITES DE MOTORES A GASOLINA 4T Clasificación A.P.I. SA

Descripción API de Uso del Motor Originalmente usado para motores diesel y gasolina SB Requerimientos mínimos para Antioxidante motores a gasolina SC Garantía en el servicio de mantenimiento para motores a gasolina (1964) SD Garantía en el servicio de mantenimiento para motores a gasolina (1968) SE Garantía en el servicio de mantenimiento para motores a gasolina (1972) SF Garantía en el servicio de mantenimiento para motores a gasolina (1980) SG Garantía en el servicio de mantenimiento para motores a gasolina (1989) Garantía en el servicio de SH mantenimiento para motores a SI gasolina (1992) SJ (1997) Fuente : Esso 1994


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Descripción ASTM Aceite sin aditivo Provee alguna capacidad antidesgaste Aceites que cumplen los requerimientos de los fabricantes (1964-1967) Requerimientos de los fabricantes de los automotores (1968-1971) Requerimientos de los fabricantes de los automotores (1972-1980) Requerimientos de los fabricantes de los automotores (1980-1989) Requerimientos de los fabricantes de los automotores 1989 en adelante Requerimientos de los fabricantes de los automotores 1992 en adelante



CLASIFICACIÓN API PARA ACEITES DE MOTORES DIESEL Clasificación A.P.I. CA

Tipo de Servicio

Características del Aceite

Para motores Diesel de Aceites que satisfacen la especificación trabajo liviano, aspiración militar Mil - L 2104 A. Protección: Corrosión, formación depósitos natural en motores con combustibles de alta calidad CB Para motores Diesel de Satisfacen la especificación militar Mil - L Antioxidante trabajo liviano a moderado 2104 A Protección: Desgaste, formación depósitos en motores con combustibles de inferior calidad (alto contenido de azufre) CC Para motores Diesel de Aceites que satisfacen la especificación trabajo moderado a severo y militar Mil - L 2104 B o Mil - 46152. algunos motores a gasolina de Protección: evita depósitos a altas temperaturas, herrumbre o corrosión. servicio severo. Aspiración natural o turbo- Corrosión y depósitos a bajas temperaturas en motores a gasolina alimentados CD Para motores Diesel de Aceites que satisfacen la especificación militar Mil - L 45199B o Mil - L 2104 D. trabajo severo. Aspiración natural o turbo- Protección: desgaste, formación depósitos en motores con combustibles de diversas alimentados calidades y corrosión CE Máquina pesada que trabaja Aceites que satisfacen la especificación militar Mil - L 2104 D. en condiciones críticas. Protección: Formación depósitos a altas y Aspiración natural o turbo. Máquinas fabricadas a partir bajas temperaturas, desgaste, oxidación y corrosión. de 1983 CF - 4 Motores sobrecargados a altas Aceite tipo multígrado 15w40. Controla cargas mejor los depósitos y el consumo de aceite. CG - 4 Trabajo pesado Aceite multígrado. Protección : desgaste, herrumbre, mayor TBN. Fuente : Esso 1994 Aditivos para aceites para motor El combustible diesel lleva implícito un componente que es dañino para el motor: el sulfuro, que se presenta en forma de cenizas sulfatadas y que como residuos de la combustión atacan las paredes del. cilindro y los pistones, además de otros factores que aceleran la formación de ácidos, como lo son ciertos aditivos. El TBN es la medida de la cantidad de hidróxido de potasio (KOH), medida en miligramos, que se requiere para neutralizar la acidez de una muestra de aceite y que se adiciona al aceite. Este funciona como un neutralizador del sulfuro y por tanto es importante que su contenido en el aceite se mantenga a cierto nivel. Se considera aceptable un TBN de entre 7 y 10. En algunos casos,


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como los motores que queman búnker mezclado con diesel, el TBN debe tener niveles de hasta 100 o más. La determinación del TBN se lleva a cabo por medio de las pruebas ASTM 0-664 o 0-974. Dispersantes Como resultado de una combustión inadecuada, de la degradación del mismo aceite o la acción de especies activas (tal como los ácidos) contra las superficies metálicas, o la descomposición de algunos otros aditivos, como los de extrema presión, el aceite de va llenando de contaminantes insolubles en aceite, los cuales son mantenidos en suspensión por los dispersantes, hasta que el aceite se drene o estos contaminantes se queden en el filtro. Esto evita que se formen depósitos indeseables en el motor, que se formen partículas abrasivas, se altere la viscosidad del aceite o causen daños más severos en el motor. Detergentes Trabajando en conjunto con los dispersantes, los detergentes juegan un papel muy importante en el funcionamiento del lubricante del motor. Algunos de los beneficios que se logran con el uso de los detergentes es la suspensión de los productos de la oxidación y partículas de lodo; neutralizan los ácidos de la combustión y la oxidación; ayudan a controlar la corrosión, la formación de herrumbre y evitan su formación dentro del motor. Los detergentes más usados están compuestos de calcio, magnesio y algunas veces de sales de sodio de ácidos orgánicos. Inhibidores de oxidación Como ya hemos mencionado, todos los productos hydrocarbonados están propensos a la oxidación, ya sean estos combustibles o lubricantes. Todos los componentes del aceite (el aceite base, los aditivos y lo modificadores de viscosidad) pueden oxidarse. El ataque del oxigeno en los aceites da como resultado la formación de hidroperóxidos, así como radicales oxi y peroxi, incrementándose su formación con la temperatura. Si estos procesos no se detienen, pueden llegar a causar serios danos al lubricante y ser responsables de fallas fatales en el motor. La forma en que operan estos aditivos es actuando como desactivadores metálicos, descomponedores de los hidroperóxidos o como "predadores" de los radicales. Algunos de estos aditivos son neutralizadores de ácidos, los cuales hacen inicuos los agentes químicos activos que promueven la corrosión. Demulsificadores Algunos lubricantes tienden a formar emulsiones en la presencia de agua. Para evitar esto se agregan al aceite aditivos que evitan esta situación. Estos aditivos están formados de mitades hidrofílica y mitad hidrofóbica, y operan básicamente formando una interfase entre el agua y el aceite, creando una zona de baja viscosidad, permitiendo la formación de gotitas que son separadas por medio de la gravedad.


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Modificadores de friccion y Refrozadores de la pelicula lubricante Se espera que el aceite base forme la película lubricante para evitar el contacto de las superficies en movimiento, pero bajo ciertas condiciones de temperatura y otros factores, el aceite falla en la formación de esta película. Para esto se añaden al aceite agentes que ayudan a formar esta película, tales como los modificadores de fricción, agentes antidesgaste y agentes de extrema presión (EP). Los primeros tienen un grupo polar que actúa físicamente, y algunas veces por adsorción química, sobre las superficies, al asociarse con la parte no polar del lubricante, lo que da por resultado una película mucho más tenaz de lubricante. Por su parte, los agentes antidesgaste y los EP actúan químicamente formando películas más durables. Los modificadores de fricción se usan corrientemente en aceites para motor de gasolina, fluidos para transmisiones automáticas, fluidos para sistemas hidráulicos de equipo agrícola y aceite usado en compensadores. Estos aditivos incluyen moléculas lineales de hidrocarbonos, compuestos de molibdeno y algunas veces grafito. La mayoría de los aditivos EP están formados por cloro, azufre, fósforo y boro o combinaciones de ellos. Estos agentes requieren alta temperatura para activarse, al contrario de los modificadores de fricción. Otros reforzadores de la película lubricante son los inhibidores de la corrosión y el herrumbre. Estos forman una película protectora que protegen las superficies del ataque químico o electroquímico. Recuerde que todos los metales, excepto los metales nobles, se corroen. Algunos se corroen de forma electroquímica (por medio de electrolitos, tales como sales), mientras que otros lo hacen químicamente por el ataque de agentes activos, los cuales son producto de la combustión, aditivos presentes en el lubricante que contengan sulfuro y el lubricante mismo. Inhibidores de espuma La formación de espuma se debe a la presencia de gases en el lubricante, y debe ser controlada, ya que afecta considerablemente la efectividad de la lubricación, además de que causa la oxidación y degradación del lubricante. A mayor viscosidad del aceite, la espuma es más estable, y está en relación directa con la tensión superficial del aceite que facilita la separación de las burbujas de la fase del aceite. Comúnmente se utilizan se utilizan silicones y polyacrilatos, los cuales son efectivos cuando la espumación se mantiene en niveles inferiores a 150 ppm. Aditivos polimétricos Los materiales con estructura polimérica son la base para la fabricación de los aceites de alto rendimiento, los cuales pueden usarse para el aceite base (aceites sintéticos) o bien como mejoradores del aceite mineral. Algunos de estos productos aditivos poliméricos son principalmente dispersantes, modificadores de viscosidad, depresores del punto de fluidez, desmulsificadores e inhibidores de espuma. Estos polímeros son los que han permitido la fabricación de los aceites multigrados, debido a su capacidad para mantener la viscosidad a altas temperaturas. Para estos se han creado


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compuesto que son mitad dispersantes y mitad modificadores de viscosidad, dando una doble función. A baja temperatura, estos compuestos ocupan poco espacio, pero al elevarse la temperatura su tamaño se agranda, por lo que elevan la resistencia al flujo (viscosidad). Comercialmente, los polímeros que usan son de dos clases: los polímeros a base de olefinas y lo polímeros a base de ésteres. Los primeros incluyen polímeros de poluisobutileno y copolímeros olefínicos, entre otros. Los segundos son a base de polymetacrilatos y polímeros de estireno. Estos modificadores de viscosidad tienen su mayor aplicación en aceites multigrados para motor y sistemas de engranajes, fluidos para transmisiones, fluidos para servotransmisiones y algunos fluidos hidráulicos. Además de esto, ofrecen otras ventajas muy importantes, tales como su resistencia al corte, estabilidad térmica y alta resistencia a la corrosión, así como estabilidad mecánica ante los esfuerzos.

Transmisiones Las transmisiones automotrices están formadas por varios elementos que complementan la transmisión de la fuerza hasta la ruedas de tracción. Actualmente tenemos vehículos con transmisión automática, tracción delantera y tracción en las cuatro ruedas, además de los equipos de servicio pesado, como son los camiones y el equipo agrícola y de construcción, que tienen algunas características especiales. Al igual que con los aceites de motor, los aceites que pongamos en un sistema de transmisión automotriz deben cumplir una serie de funciones, además de lubricar, las cuales son vitales para que el equipo pueda operar por largo tiempo sin requerir mantenimiento.

Minimizar la fricción y el desgaste de los componentes, para lo cual una película de lubricante debe mantenerse entre las superficies para evitar el contacto metal-metal cuando se tienen altas cargas y fuertes torsiones entre los dientes de los engranajes. Los engrane hipoidales de los diferenciales son especialmente difíciles de lubricar, ya que se da un acción de desplazamiento del lubricante cuando los dientes engranan, por lo que el aceite debe mantener la película a pesar de estas presiones.

El enfriamiento de los componentes es muy importante, ya que el calor generado por la fricción puede elevarse, llegando a dañar los engranes por sobrecalentamiento del metal. El aceite debe tener capacidad para transferir el calor hacia la carcaza, donde el aire exterior debe enfriar el sistema.

El aceite no debe ser corrosivo para el bronce, a la vez que debe proteger todas las superficies contra la corrosión y la oxidación. Una situación especial se presenta cuando hay presencia de agua en el sistema, ya que se da una oxidación más elevada y el aceite llega a perder su viscosidad debido a la emulsión con agua.

La protección del embrague húmedo es otro factor importante, ya que estos se "cristalizan" y patinan perdiendo su función si el aceite se degrada debido a las temperaturas. Por tanto, el aceite y sus aditivos deben ser térmicamente estables. Los sellos también pueden perder su capacidad elastomérica por la temperatura, produciendo fugas de aceite del sistema.


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Los aceites para transmisiones manuales y sistemas de ejes tienen una clasificación de viscosidad, dada por la SAE en su reporte J306. En la tabla siguiente se detallan estos grados. Los aceites deben tener la suficiente viscosidad para fluir libremente por los ejes cuando está frío, pero debe mantener la adherencia y viscosidad necesaria cuando sube la temperatura. CLASIFICACIÓN SAE PARA ACEITES DE TRANSMISIONES MECÁNICAS (Engranajes) (Monógrado) Grado SAE

70 W 75 W 80 W 85 W 90 W 140 250

Viscosidad a 100°C cSt Min Max 4,1 4,1 7,0 11,0 13,5 24,0 24,0 41,0 41,0 60,0

CLASIFICACIÓN SAE PARA ACEITES DE TRANSMISIONES MECÁNICAS (Engranajes) (Multígrado) Grado SAE

Viscosidad a 100°C cSt Min Max 14.0 15.0 16.5 17.3 34.1 26.0

80 W 90 85 W 90 85 W 150

Para transmisiones automotrices se tienen también los aceites multigrados, siendo los más comunes el 70W90, el 75W90 y el 85W140. Estos deben usarse cuando sean recomendados por el fabricante del equipo. En todos los casos, siempre debe seguirse la recomendación del fabricante, tomando en cuenta los niveles de temperatura en que se opera. Para estos aceites también tenemos una tabla de clasificación en la que se indica la calidad del mismo, aunque es mejor decir en este caso que se establecen los tipos de servicios para los cuales está designada cada categoría. Esta clasificación está designada por las letras GL (Gear Lubricant) y un número, que indica el nivel de uso del aceite. Cada aceite es formulado para una aplicación en particular, y de esto depende la cantidad y calidad de aditivos que se ponen en el aceite, a excepción del GL-1, que no contiene ningún aditivo. Estos aditivos son los que le dan las características particulares de desempeño a cada aceite.


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Además de las pruebas que realiza la API, algunos fabricantes de equipos tienen sus propias secuencias para probar los aceites, y los fabricantes de lubricantes someten sus aceites a estas pruebas, a fin de lograr la aprobación de uso. Algunas de estas son las de Mack, que contemplan una serie de secuencias dependiendo del tipo de servicio que se requiere.


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CLASIFICACIÓN API PARA ACEITES DE TRANSMISIONES MECÁNICAS (Engranajes) Clasificación Tipo de Engranajes A.P.I. GL -1 Cónicos Helicoidales Sin fín Corona GL - 2 Cónicos Helicoidales Sin fín Corona GL - 3 Corona

GL - 4

Todos los tipos de engranajes, en particular los hipoidales GL - 5 Todos los tipos de engranajes, en particular los hipoidales GL - 6 Todos los tipos de engranajes Fuente : Esso 1994

Condiciones de Operación Características del Aceite No contiene EP ni Carga liviana, presión baja modificadores de fricción y deslizamiento Protección : herrumbre, Carga muy liviana. Baja oxidación, espumas. Depresor del punto de presión fluidez Moderadas condiciones de Bajo EP deslizamiento, carga y velocidad Severas condiciones de Medio EP deslizamiento, velocidad y carga. Mil - L 2105 Alto EP Condiciones severas de presión, choque y deslizamiento. Mil - L 2105 B Condiciones severas de Alto EP. Con choque y deslizamiento modificadores de fricción

Transmisiones automaticas Al contrario de lo que normalmente creemos, las transmisiones automáticas no operan con aceite, sino con un fluido especial, conocido normalmente como ATF (Automatic Transmisson Fluid). Este es uno de los lubricantes más complejos en la industria de los lubricantes de petróleo. En el se incluyen alrededor de 15 componentes diferentes, los cuales están cuidadosamente balanceados para llenar los requerimientos específicos de este tipo de transmisiones. En términos de viscosidad, puede decirse que es un SAE 20. Entre sus componentes se incluyen algunos de los aditivos de los aceites para motor, junto con otros materiales que le dan gran estabilidad térmica y propiedades lubricantes y de control de la oxidación. Dadas sus capacidades excepcionales de operación a baja temperatura y antidesgaste, algunas veces se le usa en sistemas hidráulicos industriales y en compresores de aire. Los ATFs cumplen al menos cinco funciones básicas en la transmisión automática:

Transmisión de fuerza hidrodinámica en el convertidor de torsión.


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Transmisión de energía hidrostática en los circuitos lógicos de control hidráulico y en los servomecanismos.

Lubrica todo el sistema de bearings y los engranes.

Desplaza la energía friccionante en las bandas de transmisión y el embrague.

Controla la temperatura del sistema al transmitir el calor al sistema de enfriamiento, ya sea este de aire o de líquido.

Como siempre, debe seleccionarse el aceite adecuado según las recomendaciones del fabricante del vehículo, según las especificaciones del mismo. Como nota especial, el nivel del sistema de transmisión automática siempre debe revisarse con el motor en movimiento.


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LUBRICACION INDUSTRIAL Debido a la gran diversidad de elementos que entran en juego en la lubricación industrial, para efectos de lograr una mejor comprensión vamos a referirnos a cada equipo y elemento en particular. La información que se suministra sirve para tener un lineamiento general de las recomendaciones que se dan normalmente en este tipo de trabajo, pero la selección de un lubricante debe hacerse siempre tomando en cuenta todas las variables que entran en juego en esta selección, tales como velocidades, cargas, temperaturas, condiciones ambientales, materiales de fabricación del equipo y, por supuesto, las características del lubricante en cuestión. Siempre es importante dar un adecuado seguimiento a los aceites, sobre todo en aplicaciones de sistemas cerrados, tales como cajas reductoras, sistemas hidráulicos, compresores, etc. No basta con poner el lubricante, sino que es necesario determinar si este está cumpliendo con las finalidades que se esperan de él. Para esto es necesario establecer un sistema de seguimiento o monitoreo del lubricante, y la forma ideal de llevarlo a cabo es mediante los análisis de laboratorio adecuados. En el aparte final dedicado a los análisis de laboratorio damos detalles acerca de los análisis y sus resultados. Lubricacion de rodamientos Debido a que están presentes en la mayoría de los equipos, y que cumplen una función sumamente importante en la eliminación de la fricción, vamos a referirnos en forma especial a la lubricación de estos elementos, ya sean estos cojinetes de rodamiento o chumaceras. Estos soportan ejes en que la carga principal se transmite a través de elementos que están en contacto rodante y no deslizante, y es importante recordar que la fricción que se genera al inicio de la rodadura es igual a dos veces la fricción que se tiene en la marcha normal. Básicamente son cuatro los objetivos de la lubricación para los cojinetes:

Formar una película lubricante que impida el contacto metal-metal entre las superficies.

Ayudar a la distribución y disipación del calor generado.

Proteger las superficies contra la corrosión.

Formar un sello que impida la entrada de contaminantes externos.

A efectos de elegir un lubricante adecuado, la siguiente tabla es una guía básica para seleccionar entre una lubricación con aceite y una lubricación con grasa. Recuerde que deben considerarse muchos factores al seleccionar un lubricante, como lo veremos más adelante.

Lubricación Industrial

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SELECCIÓN DEL TIPO DE LUBRICACION PARA RODAMIENTOS USE GRASA CUANDO

USE ACEITE CUANDO

La temperatura no sea superior 100ºC.

Las velocidades sean altas

La velocidad es baja

Las temperaturas sean elevadas

Se requiera protección especial contra la entrada de contaminantes

Se puedan utilizar sellos fácilmente

Se tienen alojamientos sencillos

El tipo de cojinete no sea apropiado para lubricarlo con grasa

Es necesario operar largos periodos sin dar mantenimiento ni relubricar

La lubricación se hace por medio de un sistema centralizado

Más adelante analizaremos con más detalle cómo seleccionar el lubricante más adecuado. En primer término vamos a detallar los conceptos involucrados en la lubricación de chumaceras, y posteriormente lo relacionado con rodamientos. Vamos a entender por una chumacera un elemento en el cual un eje gira dentro de un componente que tiene un agujero, el cual está generalmente recubierto de algún material especialmente fabricado para soportar altas cargas y con un bajo índice de fricción. Sin entrar en los detalles matemáticos que regulan los cálculos para este tipo de lubricación, diremos que su desarrollo se remonta hasta el siglo pasado. En este proceso de lubricación intervienen todos los elementos de la lubricación hidrodinámica, y se inicia su estudio formal a principios de la década de 1.880. En Inglaterra se presentaron serios problemas de desgaste en las chumaceras de los vagones de ferrocarril, y se le encomendó al ingeniero Beauchamp Tower que investigara la mejor forma de lubricarlos. El desarrollo de la teoría fue el resultado de un análisis serio de lo que realmente ocurre dentro de la chumacera. Estas chumaceras tenían un diámetro de 4 pulgadas, una longitud de 6 pulgadas y el arco de recubrimiento era de 157°, lubricada por baño. Lo primero que hizo Tower fue perforar un orificio en la parte superior para introducir el aceite, pero al poner en movimiento el muñón, el aceite brotó por el orificio. Para tratar de mantener el aceite dentro del cojinete, puso un tapón de corcho, que fue expulsado por la presión del aceite; luego puso uno de madera con el mismo resultado, Entonces se dio cuenta de que algo pasaba dentro la muñonera. Entonces decidió poner un manómetro en el agujero, y el resultado de la medición fue de una presión dos veces mayor que la carga unitaria del cojinete. Luego realizó una serie de mediciones a todo lo largo y ancho de la muñonera, con lo que obtuvo una gráfica de la distribución de la presión en todos los puntos. Estos resultados, por ser sumamente regulares, demostraron que necesariamente existe una ley definida que relaciona la fricción, la presión y la velocidad. Toda la teoría de la lubricación hidrodinámica se rige por las reglas formuladas por Osborne Reynolds, quien la desarrolló siguiendo los resultados de Tower, y que fueron expuestos en su "Teoría de la Lubricación", publicado en 1.886.


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Todas las consideraciones relativas a estas teorías pueden ser consultadas en libros especializados en lubricación. Para el caso nuestro, basta con decir que debemos considerar las tres variables importantes que intervienen en esta lubricación al escoger un aceite o grasa para aplicar a una muñonera: la velocidad, la carga y la viscosidad. Estas se correlacionan con otras variables, tales como temperatura, humedad, contaminantes y consideraciones de diseño. Existen fórmulas y gráficas que permiten correlacionar las variables para obtener resultados exactos acerca de la viscosidad y temperaturas en que opera una chumacera. En algunos casos, la elevación de temperatura puede causar que la lubricación normal no permita que esta sea disipada en forma conveniente, por lo que se recurre a la lubricación por presión. En estos casos se introduce aceite fresco por un extremo opuesto al área de presión, el cual al circular provoca una disipación mayor de calor. Se utiliza una ranura circunferencial en el centro del cojinete. De esta forma se originan dos medios cojinetes, de manera que se obtienen dos medios cojinetes, con un espesor de película menor que el original. Este tipo de cojinete puede soportar mayores cargas sin sobrecalentamiento. Normalmente, este tipo de elementos se lubricación con una película muy delgada, de manera que se presenta una lubricación al límite. Por lo general, se presenta esta situación al iniciarse el movimiento o al momento de detenerse, cuando se da una elevación en la carga o disminución en la viscosidad del lubricante. Previendo estas situaciones, el desarrollo de los lubricantes se les adiciona aditivos que sean afines con el metal, de manera que su adherencia a las superficies impida el contacto metal-metal. Estos aditivos se conocen como de extrema presión (EP), y se combinan con ácidos grasos, tales como el esteárico, el palmítico o el aleico, lo cual da como resultado una película lubricante orgánica entre las superficies. Cuando se pueden prever estas condiciones, la elección de los metales necesarios para la fabricación del cojinete son importantes, ya que estos deben tener capacidad para soportar la carga y la temperatura. Algunos de estos son el bronce, ya sea fundido o poroso, el hierro poroso, fenólicos, varios tipos de teflón y otros. La lubricación de rodamientos formados por roles o balineras, ya sean estas de bolas, rodillos cilíndricos, cónicos o helicoidales, tambores, agujas o cualquier otro diseño, tiene sus propias particularidades. Aquí la selección del tipo de lubricante conlleva el análisis de otros elementos, tales como la facilidad para dar mantenimiento, la velocidad, la carga, la capacidad de! rodamiento para retener el lubricante y todas la consideraciones pertinentes para una correcta y prolongada operación del rodamiento. La operación de los cojinetes de rodamiento implica movimientos de rodadura y de deslizamiento, por lo que, dependiendo de la velocidad, su lubricación puede ser hidrodinámica o elastohidrodinámica, cuando se trata de contacto rodante puro. Aquí vamos a referirnos a la lubricación de rodamientos que no tienen placas de sellado, por lo que desde el momento de la instalación, deben ser lubricados manualmente. Esto debido a que los sellados ya vienen lubricados de fábrica, y por tanto la cantidad y calidad del lubricante depende directamente del diseñador. En las demás condiciones, depende del personal de mantenimiento determinar la cantidad y calidad de lubricante que debe usarse. y estos son los puntos que trataremos aquí.


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Lo primero que debe determinarse, es si el lubricante debe ser grasa o aceite. Anteriormente expusimos algunas consideraciones al respecto, las cuales pueden servir como guía general. Los fabricantes de rodamientos establecen tablas para la velocidad de operación cuando se lubrica con grasa o con aceite, y los mismos rodamientos tienen establecidas las velocidades máximas permisibles cuando se usa un lubricante u otro. Es importante tomar en cuenta estas recomendaciones al seleccionar el lubricante.

Lubricacion con grasa La lubricación con grasa puede hacerse en la mayoría de las aplicaciones. Esta tiene la ventaja de que es más fácil mantenerla en el lugar en que se requiere, sobre todo cuando se tienen ejes inclinados o verticales, además de que puede formar su propio sello para impedir la entrada de contaminantes ambientales. La cantidad de grasa que debe aplicarse puede ser determinada por varios métodos. Un exceso de grasa va a provocar un aumento indeseado en la temperatura, sobre todo a altas velocidades. En algunos casos se recomienda llenar de grasa solamente el rodamiento, mientras que el espacio libre del soporte solo debe llenarse parcialmente, no más allá del 50%. Si el rodamiento va a operar a bajas velocidades, puede llenarse el soporte con grasa, con lo que puede obtenerse una protección adicional contra la corrosión, además de que en aplicaciones con elevadas temperaturas se puede tener un depósito adicional de grasa, de manera que el rodamiento puede mantenerse mejor lubricado al entrar grasa fresca. Algunas de las variables que se deben considerar al seleccionar una grasa son su consistencia (grado NLGI), la viscosidad del aceite base, el rengo de temperatura que puede soportar, su capacidad de carga y la protección que pueda dar contra la corrosión. Cada fabricante de grasas debe dar esta información y garantizar los limites en que la grasa puede operar realmente. La viscosidad del aceite base va a influir en el comportamiento del lubricante a diferentes velocidades, para lo cual el fabricante de la grasa también puede indicar la velocidad máxima a que se recomienda en uso de una grasa determinada. El grado consistencia de la grasa no debe experimentar variaciones muy acusadas cuando está en operación, sobre todo cuando se presentan variaciones en la temperatura. La estabilidad mecánica de la grasa es importante, por lo que el grado de consistencia por si solo no garantiza que la grasa sea la adecuada para una aplicación en particular. Cuando el eje se encuentra en posición vertical, lo recomendable es usar una grasa en grado # 3, ya que es más fácil que se mantenga en su lugar. Algunas grasas, como las que contienen poliurea como espesante, tienen la particularidad de que pueden adaptarse mejor a las diferencias en velocidades, pero no pueden utilizarse en algunos casos en que al bajar la velocidad su consistencia sea demasiado fluida y se escape el rodamiento. En estos casos juega un papel importante el conocimiento de los resultados de las pruebas ASTM 0-217 acerca del comportamiento de la grasa en condiciones normales y después de un número elevado de batidas. Estos datos están disponibles en las hojas de especificaciones de cada producto, por lo que son de gran ayuda al seleccionar un lubricante. Los rangos de temperatura de operación dependen del aceite base, del espesante y de los aditivos que contenga la grasa. El aceite base es responsable directo del limite inferior de temperatura en que el rodamiento puede trabajar libremente, y el limite superior está directamente relacionado con el tipo de espesante y los aditivos. Es importante saber que en las especificaciones se da el punto de goteo de la grasa solamente indica la temperatura a la


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que la grasa pasa al estado semisólido, pero no necesariamente garantiza que su comportamiento como lubricante se mantenga a esa temperatura. El tiempo que está la grasa en operación y la temperatura a que este se encuentre inciden directamente en su capacidad para dar protección al rodamiento. Cuando el rodamiento debe soportar cargas elevadas, debe seleccionarse una grasa que contenga aditivos EP. Es importante que estos aditivos no contengan elementos que ataquen el acero de los rodamientos, ya que su efecto puede ser letal y causar fallas por desgaste corrosivo. Algunas grasas ofrecen además grandes capacidades de protección contra la corrosión. Estas grasas cuentan con aditivos protectores que inhiben la corrosión, además de que por lo general, el espesante tiene esa capacidad. Igualmente, la capacidad para soportar el lavado por agua es otra característica deseable en muchas aplicaciones. Esta característica es particular de algunos espesantes, tales como el litio y el calcio. Uno de los puntos en los que debe tenerse especial cuidado, es al intentar poner dos grasas diferentes. Antes de cambiar el lubricante, debemos estar seguros de que ambas grasas sean compatibles. En la tabla de compatibilidades que se incluye, se puede determinar cuando las grasas son compatibles, dado que una combinación de grasas no compatibles significa dejar el rodamiento sin ninguna protección. En los casos de duda, es preferible sacar el rodamiento y limpiarlo completamente antes de poner otra grasa. Así mismo, algunos rodamientos traen de fábrica agentes antioxidantes que no son compatibles con algunos tipos de grasas, por lo que debe considerarse esta situación al lubricar el rodamiento. Debido a muy diversos factores que afectan el comportamiento de las grasas, por lo general es necesario relubricar los rodamientos. Esto debe hacerse siempre en el momento en que la grasa aún conserva sus propiedades lubricantes. Estos periodos están afectados directamente por factores tales como velocidad, temperatura, condiciones ambientales, nivel de humedad y tamaño del rodamiento. Existen fórmulas especiales para hacer los cálculos necesarios para determinar el momento más indicado. Una vez que se ha seleccionado la grasa adecuada, el siguiente paso es la aplicación de la misma. En el primer engrase (o nuevos engrases completos) deben considerarse, en términos generales, los siguientes puntos:

El rodamiento debe llenarse de grasa, de manera que todas las superficies en contacto tengan la cantidad de grasa necesaria.

El espacio del alojamiento debe llenarse con grasa hasta un punto en el que la grasa que está dentro del rodamiento tenga suficiente espacio disponible, de manera que se evite una entrada exagerada de grasa en el giro.

Los rodamientos sometidos a altas velocidades solo deben llenarse en parte (de un 30 a un 40%), de manera que se facilite y agilice el reparto de la grasa en la primera puesta en marcha del rodamiento.

Para rodamientos que operan a bajas velocidades, éstos y sus soportes deben llenarse completamente de grasa.


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Cuando se requiere una lubricación de por vida debe ponerse retenedores para que la grasa se mantenga dentro del rodamiento y cerca de él. Esta grasa que queda fuera hace que conforme la grasa va trabajando se liberen cantidades adicionales de aceite que mantienen mejor lubricado el rodamiento. Un reengrase o cambio de la grasa se hace necesario cuando inciden factores adversos, tales como altas temperaturas, efectos de radiación, excesiva presencia de contaminantes, tanto en forma de partículas como el agua, o cuando el rodamiento esté expuesto a situaciones mecánico - dinámicas severas. Estos causan que la duración de la grasa sea mucho menor que la del rodamiento. Siempre debe relubricarse antes de que la grasa haya perdido sus cualidades. La forma de determinar estos servicios es mediante la práctica o por medio de ensayos de laboratorio. Estos periodos van a depender del tipo de rodamiento, la carga y la temperatura. En manuales especializados se ofrecen tablas y gráficos que ayudan a determinar estos periodos en forma más acertada, donde se ponderan todas las variables que afectan el comportamiento de la grasa. Un factor que afecta sensiblemente la estabilidad de la grasa son las vibraciones, ya que estas causan una separación mayor del aceite base y el espesante, por lo que el consumo de grasa será mayor bajo estas circunstancias. Una fórmula permite determinar (en forma bastante aproximada, pero siempre debe tenerse en cuenta el seguimiento que debe darse al equipo) la cantidad de grasa que debe suministrarse a un rodamiento, en la cual se considera el tamaño del rodamiento y la 'frecuencia de relubricación:

M=D B x Donde:

M es la cantidad de grasa en gramos D es el diámetro exterior del rodamiento en mm B es el ancho del rodamiento en mm X es un factor variable, de acuerdo con la siguiente tabla.

Periodo de reengrase Semanal Mensual Anual

x 0,002 0,003 0,004

Para los periodos de reengrase sumamente cortos, la fórmula para calcular la cantidad de grasa es:


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M = (0,20 a 20) * V Donde:

M es la cantidad de grasa en Kg. /h Ves el espacio libre del rodamiento, en m3 cuyo valor aproximado se puede calcular así: V= π B (D2 – d2) x 10-9 4

G (m3) 780

G = peso del rodamiento

Cuando un rodamiento ha estado fuera de servicio por varios anos, la cantidad de grasa requerida en gramos es dada por la siguiente fórmula: M = D * 8 *0,01 Los métodos de lubricación con grasa pueden ser desde manuales, con una bomba de mano, hasta sistemas centralizados complejos. Debe asegurarse de que la cantidad de grasa que se suministra sea siempre la adecuada. Para esto se puede pesar la cantidad de grasa que se pone en cada aplicación, de manera que se puede establecer exactamente el peso de cada aplicación.

Lubricacion con aceite La lubricación con aceite se prefiere cuando debido a las altas velocidades o altas temperaturas de funcionamiento no es posible la lubricación con grasa. También se emplea cuando es necesaria una mejor disipación del calor, ya sea generado por el rodamiento o por factores externos a este. Cuando el rodamiento está incluido en un sistema que es lubricado por aceite, como una caja reductora, entonces la lubricación del mismo se hará con el mismo aceite del sistema. En estos casos, en que el aceite cuente con aditivos de EP, debe tenerse cuidado que el mismo no contenga elementos corrosivos para el acero del rodamiento. Existen varias formas de lubricar con aceite. La lubricación por baño es la más corriente, en la cual el aceite es depositado dentro del rodamiento y el movimiento del mismo lleva el lubricante y lo distribuye por el interior del rodamiento, de donde vuelve a caer en el depósito. El nivel del aceite en estos casos debe ser a la mitad del elemento rodante que ocupe la posición más baja. En condiciones de temperaturas extremas, el uso de aceites de siliconas es el más recomendado, ya que son poco volátiles y térmicamente muy estables. Sus desventajas son que su capacidad para absorber cargas es muy limitada, así como sus propiedades contra el desgaste.


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Las combinaciones de cloro-fluor resisten muy bien la oxidación y el agua, además de que cuentan con un coeficiente de presión y viscosidad, así como una densidad mayores que los aceites minerales de su misma viscosidad. Dependiendo de los diferentes factores, se han diseñado tablas para la selección del tipo de aceite y viscosidad más recomendado para cada aplicación en particular. De la selección adecuada del lubricante va a depender la vida útil del rodamiento, por lo que debe ponerse especial cuidado en este punto. La frecuencia en que debe efectuarse el cambio de aceite va a depender de las circunstancias de operación y la cantidad de aceite que se tenga dentro del rodamiento. Por lo general, cuando se usa la lubricación por baño, las temperaturas no exceden los 50° C y los rangos de contaminación sean bajos, el cambio de aceite puede hacerse una vez al año. Si estas variables cambian, entonces también deberá cambiarse la frecuencia en que se sustituye el aceite. Por ejemplo, si la temperatura es de 100° C, entonces el cambio debe hacerse cada tres meses. En sistemas de lubricación por recirculación la frecuencia de cambios depende de su frecuencia de circulación y de si se cuenta con un sistema de refrigeración para el aceite. La forma más exacta de determinar un cambio de aceite, es mediante un análisis de laboratorio, que nos indicará, entre otras cosas, la condición real del lubricante.

Problemas de la lubricacion No solo una mala elección del lubricante puede causar danos en el rodamiento. La lubricación es la responsable de casi el 40% de los daños causados a los rodamientos, debido a diferentes factores. Una lubricación inadecuada en las zonas de contacto causará desgaste, surcos de resbalamiento, estrías y huellas de gripado. Pueden aparecer daños debidos a sobrecalentamiento, los cuales pueden deberse por igual a deficiente o excesiva cantidad de lubricante. Los principales danos debidos a la lubricación son causados principalmente por:

Uso de lubricante inadecuado para esa aplicación, tal como viscosidad errónea, falta de aditivos o no apropiados, corrosión causada por los mismos aditivos

Mala protección del lubricante en la zona de contacto.

Contaminación del lubricante con impurezas

Variación en las propiedades del lubricante, que pueden tener diversas causas.

Lubricación excesiva.

Para evitar estas situaciones, debe considerarse bien todos los aspectos relacionados con la cantidad y calidad del lubricante que deba utilizarse, en especial las consideraciones que hemos hecho respecto a la relación velocidad- temperatura y carga.


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Algunos otros factores que influyen en la lubricación son los siguientes: Suciedad del lubricante: es casi imposible mantener un sistema totalmente limpio, de manera que aún en los cálculos de duración de un rodamiento se toman en cuenta estas condiciones. Esta puede causar fallas prematuras o vida útil más corta. Todos los lubricantes tienen desde su fabricación algún grado de impurezas, por lo que en la práctica se han establecido normas que regulan los límites permisibles en este sentido. Las impurezas pueden penetrar también en el momento del montaje, debido a suciedad de la máquina. Sobra decir los cuidados que deben tenerse en este sentido. También deben evitarse las partes abiertas en el rodamiento o en su sistema de relubricación, por lo que la limpieza es un factor importante. La contaminación por partículas es importante, y su efecto negativo es directamente proporcional a tres factores:

Tipo y dureza de las partículas

Concentración en el lubricante

Tamaño de las partículas.

Partículas extrañas sólidas: estas causan desgaste y fatiga prematura, ya que son la causa del desgaste abrasivo y su aumento está directamente relacionado con la dureza de las partículas. Los daños son elevados aún con partículas pequeñas en altas concentraciones. La duración del rodamiento será inversamente proporcional al tamaño de las partículas y al tamaño del rodamiento. Por tanto, es importante tomar medidas tendientes a disminuir el nivel de suciedad en el aceite, extremando las medidas al momento del montaje, con sistemas de filtración y/o acortando los periodos de relubricación en el caso de las grasas. Para los filtros de aceite, deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones con respecto a las aberturas de la malla:

Para exigencias normales o aceites que contengan MoS2, la abertura debe ser de 60 µm

de 25 µm en caso de exigencias mayores

< 10 µm en exigencias muy elevadas, sobre todo en rodamientos pequeños y cuando el rodamiento tenga mayor rozamiento por deslizamiento, como en los rodillos cónicos.

Impurezas lquidas: de las cuales las principales son el agua y los líquidos agresivos, como los ácidos, las sosas y disoluciones. El agua puede estar presente en forma libre, en disolución o en dispersión. En el primer caso se puede reconocer por el cambio en la coloración del aceite, y su principal efecto es la corrosión del rodamiento, la cual es acentuada por la hidrólisis del azufre contenido en el


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lubricante. La presencia de agua en dispersión o en emulsión afecta en forma considerable las condiciones del lubricante, afectando incluso variaciones muy marcadas en la viscosidad. En la grasas, la presencia de agua causa un cambio en la estructura del lubricante, disminuyendo la duración a fatiga. La entrada de agua debe hacer que se varíe la frecuencia de relubricación en la misma proporción en que entra el agua. La presencia de líquidos agresivos originan grandes variaciones de las características físicoquímicas del lubricante, provocando que estos se deterioren más rápidamente. Es importante que se verifique con el fabricante del lubricante la forma en que se afecta el mismo cuando se deba convivir con situaciones de contaminación de este tipo. En todos los casos, se debe tener en cuenta que la elección del lubricante para rodamientos, los periodos de relubricación o cambios del lubricante son aspectos muy importantes, y ante las dudas, es preferible que consulte con un técnico en la materia que le brinde la asesoría necesaria para evitarse situaciones que resultan muy desagradables. Lubricacion de sistemas de engranajes Los sistemas de engranajes son uno de los elementos mecánicos más usados en la maquinaria. Son muy pocos los equipos mecánicos que no requieran de la transmisión de fuerza o movimiento entre ejes rotacionales. Los sistemas de engranajes realizan este trabajo en forma eficiente, uniforme y muy segura, cubriendo aplicaciones desde muy pequeñas hasta muy grandes. Algunos de los conceptos básicos que se manejan en la industria de fabricación y diseño de estos equipos, son los siguientes:

Los engranajes ofrecen una transmisión positiva de la fuerza. Los engranajes son diseñados desde medidas miniatura, que se mide en diámetros de algunos milímetros, hasta los poderosos engranes de turbinas que tienen hasta varios metros de diámetro. Los engranajes pueden transmitir la fuerza en forma segura en forma lineal o angular. Los engranajes pueden parear fuerza y movimiento entre ejes paralelos, que se intersectan o están sesgados. Los engranajes son diseñados y fabricados bajo normas estandarizadas, de manera que pueda tenerse un amplio rango de intercambiabilidad.

Son muchas las consideraciones de diseño que se involucran en la fabricación y aplicación de los engranajes. La American Gear Manufacturers Association (AGMA) es la institución que desde hace muchos años ha marcado las pautas en este sentido, con un enfoque orientado a que la industria logre estándares de calidad apropiados. No es la intención de este trabajo referirnos estos conceptos en particular, pero si incluiremos las recomendaciones de lubricación publicadas por la AGMA en su publicación ANSI/AGMA 9005-D94, donde se establecen las normas de lubricación de engranajes emanadas directamente de la asociación. Para efectos de establecer claramente los requerimientos de lubricación, vamos a separar los sistemas de engranajes industriales, ya sean estos cerrados o abiertos, ya que cada uno


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de ellos tiene sus particularidades. Lo relativo a engranajes automotrices está explicado en la lubricación automotriz. Dentro de los engranajes cerrados se incluyen una variedad de equipos, tales como reductores, convertidores de torsión, motorreductores, etc. Asimismo, los diseños de los engranes son de diferentes tipos, los cuales podemos clasificar de acuerdo a como se encuentran sus ejes, en las diferentes categorías, siendo las más comunes los engranes rectos, los helicoidales, los de tornillo sin fin y corona y los hipoidales. La transmisión de fuerza puede darse en forma paralela, en ángulo recto o con los ejes con desplazamiento. La forma de lubricación de los engranes es elastohidrodinámica, cuyos principios básicos son los de la lubricación hidrodinámica, conjugada con la deformación elástica de los materiales que entran en contacto. Esto trae consideraciones importantes sobre el comportamiento que se espera de un lubricante en estas condiciones, ya que se presentan fuerzas y presiones en diferentes sentidos, que pueden causar un deslizamiento del lubricante. Debido a esto, la selección del lubricante es de suma importancia, ya que una lubricación deficiente va a afectar directamente la vida útil de los engranes, de los roles incluidos en el sistema e incluso de la carcaza. La lubricación de los sistemas de engranajes puede hacerse con grasa o con aceite, siendo esta última la más común. Las grasas pueden utilizarse cuando las velocidades tangenciales sena bajas (de > 0 a 5 m/s), las temperaturas no sean elevadas, las cargas no sean elevadas y los periodos de relubricación puedan mantenerse en una frecuencia que permita renovar el lubricante con regularidad. Estas grasas deben tener una viscosidad baja (NLGI 00, O o 1 en la mayoría de los casos), con capacidades de extrema presión y resistentes a la humedad como características mínimas. Debe tenerse en cuenta que las grasas no tienen la misma capacidad de los aceites para la transferencia térmica, por lo que la disipación del calor generado dentro del engranaje será deficiente. Así mismo, los roles que se tengan deberán ser lubricados por aparte, teniendo en cuenta lo expuesto anteriormente para la lubricación de rodamientos. Algunas grasas tienen incorporada en su formulación varios tipos de lubricantes sólidos, tales como el grafito y el disulfuro de molibdeno. En la mayoría de lo casos, el espesante que se usa en estas grasas contribuye muy poco a la lubricación propiamente dicha, sino que su principal función es mantener los aditivos y el aceite base en los puntos que requieren la lubricación. Los aceites base de estas grasas deben coincidir con las recomendaciones que se dan para la lubricación con aceite. La cantidad de grasa debe permitir el movimiento suave de los engranes, sin llegar a saturar toda la cavidad, debido a que esto generará más fricción y temperatura, con lo que la grasa sufrirá una rápida degradación, con la consiguiente pérdida de potencia y un acelerado desgaste. Los aceites para engranajes son clasificados por los grados de viscosidad AGMA o ISO, como se muestra en la tabla de viscosidades presentada anteriormente. Para efectos de lubricación en diversas condiciones de construcción de los engranes, los aceites se clasifican con la designación de R&O, para referirse a aceites minerales puros, que contienen únicamente aditivos protectores de la corrosión del equipo y la oxidación del aceite. Estos aceites se deben usar en aquellos sistemas en que se tengan coronas y otros componentes bronce, dado que los aditivos EP de los aceites atacan estos metales.


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Actualmente se fabrican aceites con compuestos orgánicos que no afectan estos metales, por lo que deben preferirse debido a la protección adicional que brindan a las superficies de los engranes y demás componentes. Algunos aceites R&O son fórmulas compuestas, las cuales, además de las características del aceite R&O incluyen de un tres a un diez por ciento de grasa animal o compuestos sintéticos de grasa. Estos aceites deben cumplir con los requerimientos de estabilidad a la oxidación y demulsibilidad de los aceites R&O. Los lubricantes clasificados con la designación EP (extrema presión) incluyen en su formulación aditivos especiales, tales como el sulfuro de fósforo, cloro, zinc y otros compuestos que dan por resultado una película lubricante que protege contra las asperezas del metal. La tecnología moderna ha permitido el desarrollo de algunos lubricantes que operan químicamente en la superficie metálica, con penetración de componentes en el metal, de manera que la fricción causada por las asperezas es eliminada casi completamente. Los aceites sintéticos son desarrollados para operar en condiciones más severas, ya que tienen mayor capacidad para soportar cargas y la influencia de los contaminantes e impactos mejor que los aceites minerales. Son afectados en menor grado por los cambios de temperatura y una capacidad para soportar cargas mayor, incluida su mayor lubricidad. No obstante, siempre debe analizarse toda la serie de factores que influyen en la lubricación, incluido su costo mayor, para cada aplicación en particular. Estos aceites no deben considerarse los "cura todo", ya que cuando se tienen problemas con los engranes, no siempre son causados por la lubricación. Los daños mecánicos requieren correcciones mecánicas. Algunas de las ventajas de estos aceites es su compatibilidad con la mayoría de los componentes de los sistemas de engranajes con los cuales entran en contacto. Las bases de esos aceites son normalmente ésteres, poliglicoles e hidrocarbonos sintéticos. Los requerimientos establecidos por la AGMA para estos aceites son más estrictos que para los aceites minerales EP y los R&O. La selección de un aceite sintético debe estar amparada a un estudio técnico que justifique incluso su costo mayor. Al final de este aparte se muestran las tablas publicadas por la AGMA en su boletín relativo a la lubricación de engranajes No. 9005-D94. En ellas se muestran las especificaciones físicas y de desempeño mínimas requeridas para la lubricación en circunstancias especificas. En todo caso, estas son gulas generales, por lo que un especialista debe determinar exactamente el tipo de aceite que mejor se adapte a cada condición de operación. Debido a su efecto en la lubricación, vamos a analizar diferentes condiciones de operación que inciden en la operación del lubricante. Estas condiciones están directamente relacionadas con las especificaciones de las tablas de selección de la AGMA. 9 Velocidad: este es uno de los principales factores a considerar en la selección del lubricante. Como regla normal, a mayor velocidad menor viscosidad. La velocidad para seleccionar el lubricante, en caso de no contar con otra información, debe ser relacionada con la velocidad del último engrane. La velocidad puede ser medida en revoluciones por minuto o la velocidad tangencial en m/seg o pies/m. En las tablas que se lista n al final, las velocidades máximas permitidas para estas especificaciones se encuentran por debajo de las 3.600 rpm 040 m/seg. Arriba de estas velocidades debe consultarse con un especialista. Lubricación Industrial

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9 Temperatura ambiental: este factor influye en la selección del lubricante. Normalmente las cajas de engranajes estás expuestas a temperaturas ambiente que oscilan entre los -40° C a los 60° C, medida en las vecindades del equipo. En estos casos el índice de viscosidad del aceite es una variable importante que debe tenerse en cuenta al seleccionar un lubricante, ya que entre más elevado sea el IV, mejor estabilidad tendrá el lubricante. 9 Temperatura del reservorio: la cual es una limitante para cada tipo de aceite. Por ejemplo, un aceite mineral puede soportar temperaturas máximas en el reservorio de alrededor de 95° C, mientras que los sintéticos pueden llegar hasta los 107° C. Después de estos niveles, los aceites comienzan a perder sus cualidades físicoquímicas y se degradan rápidamente. De cualquier manera, muchos de los componentes no metálicos de los sistemas no soportan temperaturas superiores a los 95° C, tales como los sellos, que muchas veces causan fugas del lubricante al perder su capacidad elastomérica. . 9 Factores ambientales: tales como la exposición directa a la luz solar, altos porcentajes de humedad, polvo o suspensiones químicas en el ambiente deben ser considerados. Los equipos que están expuestos a la luz solar trabajan a temperaturas mayores que los que se mantienen a la sombra, aún cuando las demás condiciones sean iguales. Cuando se tengan estas condiciones es importante en las variables que se tienen en cuenta al seleccionar un lubricante. Algunas características que deben cumplir los aceites para dar el rendimiento necesario en un sistema de engranajes, son las siguientes: ¾ Viscosidad adecuada: tanto para la velocidad como para soportar la carga y la temperatura. Esta combinación de factores es importante, ya que va a tener una incidencia directa en la vida del equipo y del lubricante mismo. Muchas veces las cargas que se presentan en el arranque y parada son mayores que las de operación normal, debido a que dependiendo del sistema de lubricación que se tenga, esta será deficiente en los puntos extremos de operación. La viscosidad dará una mejor capacidad para soportar las cargas y los golpes, si esta es muy baja, la película no soportará las cargas y, si es muy elevada, genera fricción interna mayor con su consecuente elevación de la temperatura y mayor consumo de energía. El consumo de energía está directamente relacionado con la viscosidad del lubricante. ¾ Demulsibilidad: es inevitable que el agua esté presente en estos sistemas, ya que al detenerse el equipo y bajar la temperatura, esta se forma por condensación. El agua tiene consecuencias fatales para el equipo y el lubricante: causa oxidación en las partes metálicas y hace que la viscosidad sufra alteraciones. Cuando se elevan las temperaturas, el agua puede ceder átomos de hidrógeno, que ayudan a la formación de ácidos dentro del sistema, los cuales pueden generar desgastes corrosivos severos. La capacidad de demulsificación de aceite permite hacer purgas frecuentes para eliminar el agua, ya que esta siempre estará en la parte más baja Cuando los equipos operan por periodos largos, sin que se de la posibilidad de una purga, el aceite debe seleccionarse con una capacidad de demulsibilidad mayor y aditivos anticorrosivos y antioxidantes mejores. ¾ Espumación: un lubricante con poca o ninguna capacidad para evitar la formación de espuma, expone las superficies al contacto metal-metal, debido a que la espuma Lubricación Industrial

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no permite que el aceite esté presente en todos los puntos de la superficie de contacto. Algunas veces es necesario agregar al aceite un aditivo antiespumante, de manera que se evite esta situación. ¾ Estabilidad térmica: sobre todo cuando las condiciones de operación son en ambientes en que no puede controlarse efectivamente este factor. La temperatura es la principal causante de la degradación de los aceites, debido a la oxidación del mismo. Adicionalmente, cuando se requiere que el lubricante realice funciones de enfriamiento del sistema, deberá contar con los suplementos necesarios para que la transferencia térmica sea adecuada. Metodos de lubricacion Dependiendo de las condiciones en que opere el equipo, existen diferentes métodos de lubricación. Para sistemas cerrados, los más usados son los siguientes: a. Salpicadura: o por inmersión, es el método más simple de lubricación. En este sistema el engrane está inmerso en el aceite y por el movimiento es llevado a todo el sistema. Tiene la limitante de que puede ser aplicado a sistemas de engranes con velocidades de hasta 15m/seg y de 10 m/seg para sistemas de tornillo y corona. Para estos sistemas, al diseñarse el equipo se toma en consideración este factor y el lubricante que se usa debe tener ciertas cualidades, tales como viscosidad adecuada. b. Goteo por gravedad o forzado: en el que se recurre a equipos que permitan el goteo del lubricante al engrane a una cantidad especifica para cada aplicación. Este sistema es muy utilizado en engranes abiertos, usando sistemas centralizados de lubricación en los que se puede regular en forma exacta la cantidad de lubricante que ha de suministrarse. Por norma general, la velocidad máxima a la que este sistema es efectivo está por debajo de los 7.5 m/seg. La viscosidad del lubricante es muy importante, ya que los sistemas centralizados requieren viscosidades muy bajas para que el lubricante pueda fluir a través de los ductos, dado que de otra manera, las presiones necesarias para que el lubricante fluya serian muy elevadas. Este método incluye la lubricación de un solo paso, en la que el lubricante se pierde. c. Presión continua: en cual emplea una bomba que suministra un flujo constante de lubricante en el sistema. Este es del tipo de circulación, en el que el aceite está circulando constantemente y su uso está limitado a sistemas cerrados. En este sistema se lubrica tanto los engranes como los rodamientos con el mismo aceite. y se logra un mejor control de la temperatura y la presión necesaria para la película lubricante. Para una adecuada operación de este método de lubricación, los grados de viscosidad utilizados son arriba del AGMA 4. d. Rocio intermitente: en el que su usa un sistema mecánico para aplicar el lubricante de forma manual o mediante un equipo especial. Este es el mejor sistema para la lubricación de engranajes abiertos y se usan aceites de alta viscosidad o grasas, que se mantienen mejor en los dientes de los engranes. Debe asegurarse que la frecuencia de aplicación permita una cobertura total de los engranes y las revisiones periódicas son recomendables para asegurarse de la cobertura. La frecuencia de aplicación va a depender de la calidad del lubricante, de la temperatura y la velocidad del equipo. En algunos equipos con engranes helicoidales y de tornillo sin fin, se utiliza un sistema con agujas que realizan el rocio del


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lubricante, de manera que se pueden ubicar en lugares apropiados para asegurar una cobertura completa de los engranes. Las agujas se apuntan directamente a las caras en contacto. Selección del lubricante La selección del lubricante es esencial para asegurar una larga vida de servicio del equipo con el menor número de fallas. Como hemos insistido en todos los casos, la recomendación del fabricante debe ser la primera elección, pero si no se cuenta con esta información, daremos algunos lineamientos que pueden a ayudar a la selección del lubricante, dependiendo de la temperatura y la velocidad. Igualmente, factores como nivel de ruido y vibraciones deben ser tenidos en cuenta para asegurar un funcionamiento adecuado. AGMA ha definido en varias tablas la forma adecuada paras seleccionar los lubricantes, tomando en cuenta el tipo de engranaje, la temperatura, la velocidad y el tipo de lubricante (R&O, sintéticos o EP). Cuando se tienen embragues, frenos húmedos u otros sistemas instalados dentro del sistema, debe tenerse mayor cuidado, ya que algunos lubricantes afectan estos sistemas y pueden causar fallas en su operación. Debido a las múltiples variables que se presentan, resulta muy extenso para la intención de este folleto la explicación de cada una de ellas, por lo que recomendamos consultar con un especialista en lubricación cuando se tengan dudas acerca de la recomendación de un lubricante, sobre todo cuando se tengan situaciones críticas. Para este análisis es necesario suministrar los siguientes datos: •

Tipo de engranajes en el sistema.

•

Velocidad de la última reducción.

•

Diámetro de la última reducción.

•

Temperatura de operación (ambiente).

•

Método de lubricación usado.

•

Operación del equipo (continua o con arranque/parada).

•

Medida de las superficies en contacto ([para la lubricación con agujas).

Con esta información un especialista puede hacer la recomendación más adecuada, ya que la correlación de estas variables incide directamente en el tipo de lubricante que debe emplearse. Cambios de lubricante Establecer los periodos de cambio de los aceites requiere de un análisis de las condiciones en que opera el equipo. Siempre es recomendable mantener un monitoreo de lubricante mediante análisis de laboratorio frecuentes, para evitar que el aceite llegue a degradarse a Lubricación Industrial

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tal punto que se vuelva agresivo para el equipo. Las recomendaciones de AGMA en este sentido son las siguientes: •

Para un lubricante que se usa en el arranque del equipo, su cambio debe realizarse después de 500 horas de operación continua o cuatro semanas, lo que ocurra primero. Esto es importante para remover la suciedad y partículas que siempre se liberan en este periodo, por lo que es recomendable aplicar siempre un "flush" que ayude a una mejor limpieza.

•

Bajo condiciones normales, el lubricante debe cambiarse cada 2.500 horas o seis meses, lo que ocurra primero. Extender estos periodos va a depender del tipo de lubricante, paradas del equipo y condiciones ambientales. Para esto debe implementarse un programa de monitoreo, el cual debe incluir los siguientes aspectos: ♦ Cambios en la apariencia o el olor del lubricante. ♦ Viscosidad ♦ Niveles de oxidación ♦ Concentraciones de agua ♦ Concentración de contaminantes ♦ Porcentajes de sedimentos y barros. ♦ Agotamiento de los aditivos

Corresponde al especialista en lubricación realizar una interpretación de los resultados de los análisis de laboratorio para determinar las condiciones del lubricante, comparando los resultados con las especificaciones del lubricante nuevo así como los limites establecidos para las concentraciones de metales y otros contaminantes. En condiciones severas, como la presencia de un ambiente muy hostil, con excesiva suciedad, polvo o componentes químicos dañinos; temperatura sostenida del reservorio arriba de los 95° C; cambios repentinos de temperatura y cambios en el ambiente debidos a variaciones estaciónales, hacen que el periodo de cambio del lubricante deba ser reconsiderado. Los aceites deben ser drenados siempre con el equipo en su temperatura de operación y debe hacerse una limpieza del equipo con algún compuesto especial para limpieza, el cual debe ser compatible con el tipo de aceite que se está usando. Están disponibles en el mercado algunos tratamientos que se pueden adicionar al aceite para lograr una mejor limpieza, los cuales mejoran las condiciones del equipo. Por lo general, es deseable evitar el uso de algunos solventes, a menos que el equipo tenga depósitos de contaminantes oxidados que no pueden ser removidos con limpiadores comunes. Cuando se use un solvente, este debe ser removido totalmente del equipo. Debe tenerse cuidado, ya que algunos solventes atacan la pintura, los sellos y algunos otros componentes. Una vez que se ha realizado el drenado del aceite, es importante hacer una inspección del equipo, de manera que pueda ser removida cualquier sustancia o suciedad que se mantenga en el equipo. Si el nuevo aceite no va a ser puesto en forma inmediata, entonces es


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conveniente cubrir los engranes y demás partes del equipo con un producto o sustancia protectora que evite la oxidación. Este producto debe ser compatible con el aceite en uso. La instalación de un sistema de filtración es aconsejable, sobre todo cuando se usa el método de lubricación con sistema presurizado, de manera que se remuevan las partículas mayores. En caso de no contar con una recomendación especifica del fabricante, el filtro debe tener una malla para 50 µm cuando se tengan roles y de 25 µm cuando se usen muñoneras. En todos los casos, el tamiz del filtro debe tener la medida necesaria para que no se filtren algunos de los aditivos del aceite, como por ejemplo cuando se usa disulfuro de molibdeno. Sistema que no tengan operación continua deben ponerse en marcha al menos durante treinta minutos cada semana, a fin de mantener una película protectora en todos los componentes.


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ANALISIS DE LABORATORIO En todos los casos, las frecuencias de relubricación y los cambios de los lubricantes deben hacerse con base a un análisis estricto de las condiciones del lubricante y del equipo, de los niveles de operación y de la capacidad de operación del lubricante. La ayuda que dan los análisis de laboratorio en estas situaciones es invaluable, por lo que debe hacerse con regularidad un análisis de los lubricantes, a fin de determinar su condición y definir los periodos de cambio más apropiados. La interpretación de los resultados de los análisis debe hacerlos siempre un profesional en la materia, de manera que los datos que se dan en el resultado tengan una interpretación adecuada. Al final de este folleto doy algunas guías para "leer" los resultados de un análisis de laboratorio. Como hemos visto, el desarrollo de los lubricantes, para llegar al nivel tecnológico con que cuentan en este momento, ha significado grandes esfuerzos en investigación en el campo físico y químico, para responder a las exigencias de los recientes diseños de máquinas y equipos más sofisticados. La automatización de los procesos ha generado la necesidad de que se implementen sistemas de lubricación también automatizados. Y esto se debe a que hemos comprendido la importancia que tiene la lubricación tanto en la vida útil como en la eficiencia de todos nuestros equipos, ya sean estos máquinas complejas, sencillas o bien nuestro propio automóvil. No en vano las compañías dedicadas a la fabricación de lubricantes invierten sumas considerables en investigación y desarrollo para lograr lubricantes cada vez más eficientes, para responder a las necesidades de equipos que operan cada vez a mayor velocidad, con mayores cargas y en condiciones más críticas. Para todo equipo, el lubricante es una sus partes más importantes, ya que de él va a depender su vida útil, y en muchos casos, el rendimiento de toda una planta. Una paralización siempre es costosa, y peor aún cuando pudo haberse previsto y evitado. Todos los lubricantes, independientemente de su marca y en forma variable dependiendo de su calidad, va a sufrir una serie de alteraciones durante su vida útil, provocadas por muy diversos factores: ambientales, de operación, por malas aplicaciones, incluso un llenado incorrecto afecta la vida del lubricante (y del equipo, por supuesto). Por esta razón, la importancia del monitoreo constante del lubricante es una herramienta invaluable en cualquier plan de mantenimiento preventivo. Muchos de los cambios que sufre el lubricante lo llevan a condiciones en las que ya su efectividad es nula, con las inevitables consecuencias fatales para el equipo. No tenemos una forma efectiva de evitar que estos cambios se den en el lubricante. Por más cuidado que tengamos en la aplicación del mismo, son muy diversos los factores que inciden en estos cambios, y muchos de ellos van a estar siempre fuera de nuestro control. Lo que podemos hacer es mantener estas condiciones en límites permisibles, de manera que no se nos presenten fallas imprevistas debidas a estos cambios. Para esto es indispensable contar con un excelente plan de monitoreo del lubricante, de manera que nos garanticemos una lubricación eficiente en todo momento. En la práctica establecemos cambios de aceite por kilometrajes o por horas de uso, algunas veces siguiendo las recomendaciones del fabricante del equipo, otras por puro instinto y la mayoría de las veces por falta de información adecuada. Esto tiene grandes inconvenientes: por un lado podemos estar realizando los cambios cuando el aceite ya ha sobrepasado su vida útil y estamos sometiendo el equipo a un desgaste innecesario, lo que lo está llevando

Análisis de Laboratorio

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a un fin anticipado. Por otro lado, podemos estar botando un aceite que aún está en condiciones de seguir operando, lo que nos ocasiona gastos excesivos en la compra de lubricantes. Para el caso de su planta, en cuál de estas dos situaciones se encuentra, es decir, de qué forma está generando costos innecesarios? Estas dos situaciones tienen un mismo origen: no sabemos a ciencia cierta en qué condiciones se encuentra el lubricante en un momento dado. Nos jugamos al azar si está bien o si por el contrario ya el equipo ha comenzado a pagar las consecuencias de este desconocimiento. Algunas veces obtenemos información acerca del estado del aceite mediante un análisis, en cual se nos indica que hay variaciones en la viscosidad o presencia de contaminantes que obligan a cambiar el aceite. Pero resulta que el solo cambio del aceite no es la medida correctiva adecuada, ya que desconocemos la fuente de la contaminación, y el aceite nuevo solamente va a continuar el ciclo de desgaste, debido a que el problema no está en lubricante mismo, sino que este nos indica únicamente los síntomas de otro problema, el cual no corregimos por no poder determinarlo en forma exacta. Esto es frecuente cuando no tenemos una interpretación adecuada del análisis, y los datos son solamente eso: datos. Los aceites están sometidos a procesos de oxidación, contaminación y degradación debidos a muchos factores. Algunos de estos son meramente ambientales, otros se deben a las condiciones de operación del equipo y muchos otros a problemas de desgaste dentro del equipo por diversas causas, sin excluir la combinación de estos. No obstante, actualmente se cuenta con una serie de herramientas que nos ayudan a determinar con exactitud la condición del lubricante, y aún más, nos puede permitir determinar el por qué de esa condición y tomar las medidas correctivas necesarias y en el tiempo adecuado para evitar males mayores. Estas herramientas son los análisis de laboratorio, que muchos proveedores ofrecen, muchos hacemos por nuestra cuenta y muy pocos sabemos interpretar adecuadamente. De hecho, la mayoría de las veces nos permiten decir que hay un problema y el resultado siempre va a ser el mismo: cambie el aceite, y ahí termina todo. Actualmente contamos con la técnica necesaria para realizar análisis tan completos como sea necesario, y estos pueden darnos indicaciones muy exactas de lo que está ocurriendo no solo con el lubricante, sino con el equipo mismo. El aceite es como la sangre: siempre podemos recurrir a él para que nos diga que está pasando dentro del sistema, pero la correcta interpretación del resultado es la que nos dice qué hacer, dónde hacerlo y cuándo es necesario hacerlo. La serie de técnicas desarrolladas en análisis de aceites pueden ser sorprendentes si sabemos "leer" sus resultados. El aceite recorre todos los componentes del equipo, por lo que podemos mediante un buen monitoreo del lubricante, monitorear internamente el equipo. Aquí vamos a presentar los principales análisis utilizados actualmente y a dar algunas pautas para la interpretación de estos resultados, de manera que, sin querer formar expertos en la materia, si tengamos una forma de usar adecuadamente estas herramientas. En nuestro país, lamentablemente, no contamos con los equipos adecuados para hacer la mayoría de estos análisis, pero muchas de las empresas de lubricantes ofrecen este servicio en sus plantas en el extranjero, donde se cuenta con los laboratorios equipados para realizar estos análisis. De hecho, he podido ver muchos de estos análisis, en los que se presentan indicaciones claras de problemas serios, pero que no pueden ser interpretados correctamente por los usuarios, a quienes se les deja esta responsabilidad, y los problemas reales no son corregidos. Por esta razón, aquí explicaremos algunos de los principios básicos con los que los resultados pueden ser interpretados para determinar no solo la Análisis de Laboratorio

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condición del lubricante, sino lo que el mismo lubricante nos está diciendo acerca de la condición del sistema. Para esto expondremos algunos resultados tal y como los muestran los laboratorios de las empresas que están dedicadas a este campo, de manera que podamos saber cómo leerlos y correlacionar los datos que se nos brindan, así como la fuente de estos datos. Establecer un buen plan de monitoreo de los lubricantes es sumamente importante. Debido a que no todos los equipos están sometidos a las mismas condiciones de operación, es necesario establecer para cada uno de ellos un plan adecuado. Esto incluye las frecuencias de muestreo, los resultados que debemos tener para determinadas circunstancias y los límites permitidos en estos resultados. Es decir, que para el monitoreo de un sistema hidráulico, un reductor o un compresor, los datos que se necesitan para conocer su condición son diferentes en varios puntos, y los limites para estos datos son también diferentes. Los datos que se dan en un análisis deben ser correctamente correlacionados, de manera que por un solo resultado es a veces difícil determinar la condición real del lubricante y del equipo. Este seguimiento puede ayudar a corregir problemas antes de que resulten en situaciones fatales para el equipo. Así, por ejemplo, sabiendo la fuente potencial de alguno de los metales que exceden los parámetros máximos que se permiten, se puede prever una falla potencial en el equipo y tomar las medidas correctivas pertinentes. Las muestras deben tomarse siempre con el equipo en temperatura de operación, de manera que los componentes y posibles contaminantes siempre se encuentren en dilución real dentro del lubricante. No deben tomarse muestras en los orificios de drenaje del aceite, ya que se encuentra siempre una acumulación de sedimentos que falsearán el resultado, debido a la concentración de algunos elementos. Para la extracción de las muestras debe usarse equipo especial, de manera que la muestra no sea afectada por contaminantes y el ideal es que la muestra salga de la parte media del reservorio. La manguera que se usa para sacar una muestra debe ser desechada y no usarla para sacar otra muestra en otro equipo, algunos puntos importantes que deben considerarse al efectuar el muestreo, son los siguientes: •

La muestra debe tomarse siempre en una zona donde se tenga turbulencia en el flujo del lubricante, de manera que los componentes del aceite y los posibles contaminantes se encuentren bien mezclados.

•

El lugar donde se tome la muestra debe ser en el punto en que el lubricante ya haya cumplido con su función primaria, tal como lubricar los engranajes o los rodamientos, o bien después de la bomba en un sistema hidráulico.

•

Para asegurarse de que la muestra contenga la información más confiable, el muestreo debe hacerse cuando el equipo se encuentre en condiciones de operación normales. Nunca debe hacerse un muestreo inmediatamente después de un cambio de filtro, cambio de aceite o en un momento en que la máquina no esté en condiciones de operación normales.

En algunos casos es necesario realizar más de una toma demuestras, sobre todo cuando quiere aislarse un problema o realizar un segundo análisis en caso de dudas de un primer resultado. Dependiendo del sistema que se trate, se tienen puntos primarios y secundarios para muestreo. Corresponde al especialista determinar estos puntos y realizar la toma de muestras de acuerdo con lo que se quiere analizar. Por lo extenso de este tema, no podemos


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desarrollarlo aquí en forma completa, ya que son muchas las variables que deben considerarse para definir casa caso en particular. Las pruebas de laboratorio que normalmente se realizan son detalladas en las siguientes páginas, y al final se muestran las tablas para el seguimiento de las fuentes de metales posibles. Para un aceite, los resultados básicos que se dan en un análisis comprenden, además de los datos relativos al equipo y del lubricante, los siguientes: •

La viscosidad del lubricante, la cual se indica en cSt, tanto a 40°C como a 100°C, dependiendo de la aplicación y del lubricante.

•

El TAN o TBN, dependiendo de la aplicación.

Los metales de desgaste, indicados en partes por millón (ppm) siendo los más importantes: hierro, cromo, molibdeno, aluminio, cobre, plomo, estaño, plata, níquel, antimonio y titanio. •

Los contaminantes metálicos, en misma escala de cuantificación, ente los cuales tenemos silicio, sodio, potasio y boro.

•

Los aditivos metálicos, en la misma escala de cuantificación y que normalmente son magnesio, calcio, fósforo y zinc.

•

Contaminantes no metálicos, cuyos resultados se dan en proporción al volumen.

•

Contaminación con otras sustancias, como agua, combustibles y otros.


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VISCOSIDAD Descripción: esta prueba permite determinar la viscosidad de un aceite usado, en contraposición con la de llenado, para determinara variaciones en la misma. Procedimiento: el lubricante es colocado en un viscosímetro (tubo capilar calibrado para que fluyan cantidades precisas medidas entre dos puntos marcados en el tubo) y precalentado a una temperatura dada (normalmente 40 y 100ºC) en un baño viscoso. Después de aproximada 10 a 15 minutos el aceite alcanza la temperatura deseada y se permite al aceite fluir en el viscosímetro y se mide el tiempo que le toma al flujo pasar entre los dos puntos. Unidades reportadas: el resultado se expresa en centistokes (cSt, mm2/seg) o en Unidades Saybolt Universales (SUS). Semblanza Técnica: dado que la viscosidad es una de las propiedades más importantes del aceite, determinar sus variaciones es una forma de predecir alguna falla. Considerando las causas de la variación, se recurre a otros análisis para determinar posibles fuentes de problemas serios que pueden originar fallas catastróficas. En términos generales, se permiten variaciones de -12% a +18%, dependiendo del equipo, tipo de lubricante y su aplicación. Algunos sistemas no son tan críticos y permiten variaciones mayores, aunque esto no es recomendable. La siguiente lista muestra causas para variaciones en la viscosidad: La baja

La eleva

- Oxidación del lubricante, en función de temperatura, presión y tiempo.

- Contaminación por combustible o solventes.

- Espuma, fallas en la bomba (permite la oxidación)

- Separación molecular

- Emulsión con agua

Contaminación emulsionada

- Llenado incorrecto o adición incorrecta

- Llenado incorrecto

- Contaminación con sólidos

-

Presencia

con

de

agua

no

refrigerante

El corte de un lubricante ocurre cuando sus moléculas se dividen en moléculas menores, y puede darse por dos factores: a- calor y presión del sistema; b- cortes mecánicos, cuando las moléculas son presionada por el anillo en el cilindro, por ejemplo. Aplicación: estos análisis deben ser rutinarios para casi cualquier sistema, pero sobre todo en aquellos en que la viscosidad y el índice de viscosidad van a incidir directamente en la eficiencia del equipo, como sistemas hidráulicos, motores, bombas, etc. La correcta interpretación de estos análisis es sumamente importante.

Análisis de laboratorio

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ESPECTROMETALES Descripción: esta prueba está diseñada para detectar y cuantificar elementos metálicos presentes en la muestra, ya sean estos provenientes de desgaste, contaminantes o aditivos que componen el lubricante. Procedimiento: la muestra es energizada para hacer que los elementos emitan o absorban una cantidad cuantificable de energía luminosa. Normalmente se utilizan dos procedimientos: EMULSION: la muestra es energizada por medio de un arco eléctrico. Los elementos emiten discretas ondas de energía, la cual es medida por tubos fotomultiplicadores (al menos uno por cada elemento que desee encontrarse). La energía medida es proporcional a la concentración de cada elemento. ABSORCIÓN: para detectar un elemento en particular, se emite energía luminosa de un tubo cuyo cátodo está hecho con el elemento que desea buscarse, el cual absorbe esta energía. Este procedimiento se aplica en forma individual a cada elemento. Unidades reportadas: el resultado se expresa en partes por millón por peso (ppm/peso). Semblanza Técnica: espectrometales es una de las mejores herramientas para diagnosticar desgaste, contaminantes o presencia de metales de aditivos antes de que se produzcan fallas catastróficas en los equipos. Los elementos encontrados se dividen en tres categorías: Metales de desgaste: como el hierro, cromo, molibdeno, aluminio, plomo, cobre, estaño, níquel, plata, vanadio y titanio. Metales contaminantes: como silicio, sodio, potasio y boro Metales de aditivos: como el magnesio, calcio, bario, fósforo y zinc. Debe tenerse la discreción necesaria para advertir las fuentes externas de contaminación, por lo que el medio ambiente debe tomarse en cuenta al interpretar estos resultados. Por ejemplo, el hierro puede provenir no solo de desgaste, sino por contaminación por polvo; el silicio puede estar presente en forma de silicón en aditivos antiespumantes. Los resultados se dan en metales simples, por lo que no puede esperarse un resultado de bronce al analizar el aceite de una caja reductora que tenga coronas de esta aleación, sino que deben buscarse lo componentes de la aleación (cobre, estaño, aluminio, etc, dependiendo de los componentes). Valores esperados: algunos fabricantes de equipos establecen los valores que pueden esperarse en el análisis de sus equipos, aunque existen muchas variables que deben considerarse al interpretar los resultados, ya que no todos los equipos operan en las mismas condiciones (filtración, condiciones ambientales, paquetes de aditivos, etc). No obstante, aquí damos una tabla con los valores más comunes para diferentes equipos que se consideran como resultados típicos. No existe una tabla exacta, y los valores deben ser interpretados de acuerdo a la experiencia y conocimientos del ingeniero en lubricación que realice la interpretación.


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*Si usa gasolina con plomo este elemento es disimulado para efectos de interpretación. ** Si se usa aditivo de cobre, este será de aproximadamente 80 a 130 ppm y debe ser permitido. *** Si se usa lubricante de silicón sintético, este elemento debe ser disimulado para efectos de interpretación. Limitaciones técnicas: la principal limitación de espectrometales es que las partículas metálicas deben ser >10 micrones, lo que impide prevenir fallas catastrófica con antelación. Esta limitación se debe a la carencia de energía para ionizar partículas >10 micrones (dependiendo del espectrómetro y metal buscado). Aplicación: esta prueba puede ser aplicada a casi cualquier sistema. Es realmente económico, dada la cantidad de información que puede obtenerse.


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FUENTES DE METALES (ESPECTROMETALES) Hierro (Fe): pistones, anillos, cilindros, engranajes, block, cabezote, levas, árbol de levas, cojinetes de roles, cubiertas de soportes de cojinetes, sellos. Cromo (Cr): varios revestimientos, forros, anillos, árbol de levas, engranajes, aditivos de cromatos del refrigerante. Molibdeno (Mo): galvanizado de anillos, aditivos del aceite. Aluminio (Al): pistones, cubiertas de soporte de cojinetes, bushings, block, cabezote, abanicos, cigüeñal, aditivos de grasas. Cobre (Cu): pistones, bushings, bearings de empuje, engranajes, ensambles d ejes de pistones hidráulicos, aditivos, sellos. Plomo (Pb): pistones, árbol de levas, cubiertas de empujes, clutch húmedos, aditivos de gasolina. Estaño (Sn): pistones, bearings, bushins, revestimientos, aleaciones. Níquel (Ni): aleaciones de acero, concentración de combustibles, asientos de válvulas. Plata (Ag): bushines del wrist pin, bearings del turbo, revestimientos de bearings, aleaciones, soldadura de plata. Vanadio (V): aleaciones de acero, alta contaminación con combustible. Titanio (Ti): bearings de turbinas de gas, ejes, paletas, grafito, pintura. Silicio (Si): abrasivos, aditivos antiespumantes, aditivos del refrigerante, sellos de silicón, lubricantes sintéticos, clutch húmedos. Sodio (Na): aditivos del refrigerante, aditivos del lubricante, partículas latentes de preparados de aditivos, agua salada. Potasio (K): usualmente aditivos del refrigerante. Boro (B): aditivos del refrigerante, aditivos del lubricante. Manganeso (Mg): aditivos del lubricante, agua de mar, metales de algunas turbinas de gas. Calcio (Ca): aditivos del lubricante, agua de mar. Bario (Ba): aditivos del lubricante Fósforo (P): aditivos del lubricante, éster de fosfatos de lubricantes sintéticos, ácido fosfórico (ambiente de plantas). Zinc (Zn): aditivos del lubricante, metales galvanizados, tuberías, componentes de latón.


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CONTAMINACIÓN POR COMBUSTIBLE Descripción: aplicada en motores de combustión interna, esta prueba permite detectar la presencia de combustible cuando este llega al cárter por diferentes medios. Procedimiento: la prueba se realiza en un cromatógrafo de gases. La muestra se inyecta a una columna bien caliente. Los constituyentes volátiles del combustible guiarán las moléculas a un ionizador de flama, que encenderá la muestra. La energía es detectada por un sensor y es proporcional a la concentración de combustible. Unidades reportadas: porcentaje de contaminación/dilución de combustible por volumen cercano al 0.5%. Semblanza Técnica: no se presenta mucha complejidad para interpretar este resultado. Si hay presencia de combustible deben tomarse las medidas correctivas necesarias, después de cambiar el aceite. Algunos limites permitidos se muestran en la siguiente tabla, según el tipo de motor y su aplicación (se dan como términos generales, pero corresponde al especialista determinar los valores que pueden permitirse en aplicaciones específicas): Diesel

0,5 -1,5

Diesel (pick-up y pequeños)

1,0 - 2,5

Diesel (planta estacionaria) I Gasolina (automóvil, viajes largos) Gasolina (automóvil, viajes cortos) Gasolina (aviación) Gasolina (camión comercial)

0,5 - 1,0 0,5 - 3,0 1,0 - 4,5 0,5 - 1,5 0,5 - 2,5

Aplicación: estos análisis deben ser rutinarios para casi cualquier motor, sin importar u aplicación, ya que permite tomar las medidas correctivas cuando se presentan problemas en el sistema del combustible. Algunas veces, la contaminación con combustible no controlada puede conducir a fallas catastróficas del motor.


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CONTEO DE PARTICULAS Descripción: permite categorizar las partículas presente en un fluido, con respecto a su número y tamaño. Procedimiento: la muestra se hace fluir por un pequeño orificio con una fuente de luz a un lado y un sensor óptico en el otro. Las partículas interrumpen la luz que choca en el sensor, causando que se genere un pulso o conteo. La duración del pulso permite determinar el tamaño de la partícula de manera que se puede categorizar por tamaño. Unidades reportadas: partículas/ml y rango en micrones (5, 10, 15,25 Y 50 micrones son normales) Semblanza Técnica: este análisis es un concepto simple, pero tiene la ventaja de poder detectar partículas que no se pueden determinar en un análisis espectro metales (menores a 10 micrones). Este es el tipo de partículas que con frecuencia presagian una falla catastrófica orientada a la fatiga. En esta prueba es importante el muestreo, ya que la muestra puede contaminarse fácilmente y alterar el resultado. El agua y opacidad de la muestra pueden causar una lectura sesgada. Las partículas puede provenir de desgaste o contaminación, lo que no puede ser determinado por esta prueba, ni la naturaleza o forma de la partícula. Por esto deben hacerse otras pruebas, como una ferrografía analítica o microplacas, que ayudan a determinar la fuente. Aplicación: es un buen procedimiento de control para sistemas con buena filtración. Especialmente sistemas hidráulicos, compresores, motores de gas de 2 ciclos y transmisiones autopropulsadas.


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FERROGRAFIA ANALITICA Descripción: es una técnica que utiliza una gradiente de precisión magnética para descubrir sistemáticamente hierro y otras partículas en el lubricante en estudio. Procedimiento: la muestra es diluida con un solvente y se hace fluir a lo largo de un microscopio inclinado deslizable. El deslizamiento es flanqueado por un magnetismo permanente designado específicamente. Unidades reportadas: 0= No detectada 1 = Poca 2= Moderado 3= Significativa 4 = Muy denso Semblanza Técnica: este análisis está orientado principalmente a partículas que son mayores a aquellas detectadas por un proceso de emisión atómica o absorción espectro métrica (que está limitado a partículas 15 micrones, indican fatiga del metal y posible falla catastrófica. (F)Fibras: hebras individuales, frecuentemente del filtro, ocasionalmente de trapos y otros deshechos. (L)Laminar: metales de apariencia de piel (delgados y largos), frecuentemente de cojinetes de rodillos. (N)Metales no ferrosos: cualquier otro metal no ferroso (cobre, aluminio, etc.). (O)Corrosivo: partículas extremadamente pequeñas (,1 micrón) encontradas en la cola (último punto del flujo) del ferrograma, incida un ambiente hostil o cambios del lubricante muy extendidos. (P}Polímero de fricción: aparecen como partículas parecidas a laca, frecuentemente con metales incrustados. Tiende a indicar falta de lubricante en puntos críticos del sistema o mala aplicación del lubricante (por ejemplo, viscosidad muy baja). (R}Caucho desgastado: partículas pequeñas (,15 micrones, pero usualmente mucho menores) que se esperan o son normales en la mayoría de sistemas. Análisis de laboratorio

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(S}Esferas: partículas casi esféricas y principalmente pequeñas (3 micrones) frecuentemente de fisuras en elementos de cojinetes de rodillos. Un incremento significativo puede presagiar un astillado en un rol. Puede ser también material de soldadura/ralladura. (X}Oxido rojo: usualmente óxidos de hierro, que indican contaminación con agua. Aplicación: es un excelente procedimiento de control para cualquier sistema, ya que permite tomar medidas correctivas que anticipan fallas en los equipos.


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GRAVIMETRIA DE INSOLUBLES Descripción: esta prueba es una medida de la contaminación, e incluye partículas y material de apariencia gelatinosa, tanto orgánica como inorgánica. Procedimiento: una cantidad dada de muestra se mezcla con éter prefiltrado. La solución es filtrada al vacío en un disco de membrana de 0.8 micrones, el cual es pesado antes de la filtración. El filtro y las partículas son secados y pesados. El incremento resultante en el peso de la membrana indica el peso de los residuos contenidos en la muestra. Unidades reportadas: el resultado se expresa en mg (de contaminación) por mi de muestra. Semblanza Técnica: la gravimetría es una herramienta que ayuda a prevenir fallas en los equipos por saturación de filtros o ductos por la presencia de contaminantes dentro del lubricante. Esta permite conocer la concentración de contaminantes, aún cuando no permite determinar su fuente, pero sirve como base para realizar análisis más detallados para corregir las fuentes de contaminación, ya sean estas internas o externas. La prueba consta de dos partes. En la primera se desarrolla el procedimiento descrito arriba. En la segunda parte se puede realizar una identificación de los contaminantes, y se llama Microplacas. En este procedimiento los residuos en la membrana son examinados mediante un microscopio, o mediante un ferroscopio como se hace en un análisis ferroscópico. Valores esperados: los resultados que pueden esperarse en esta prueba para algunos equipos son los siguientes: Turbinas de gas

CURSO_LUBRICACION-INA

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