SEMINARIO DE TRIBOLOGIA Y LUBRICACIÓN

SEMINARIO DE TRIBOLOGIA Y
LUBRICACIÓN
TRIBOLOGIA
Palabra que viene del latín tribo=fricción y logo=tratado
Ciencia relacionada en principio sólo con la fricción y en la actualidad
extendida a todos los fenómenos que limitan la vida de los equipos.
• Sistema tribológico. Es un sistema natural o artificial de elementos
materiales, por lo menos dos, donde se presenta la fricción y en casos
extremos, el desgaste.
• Sistema tribotécnico. Sistema particular o grupo funcional, donde existen
varios puntos de fricción, los cuales tienen la función de transmitir energía
o movimiento.
LA FRICCION
Se puede definir como la resistencia al movimiento relativo entre dos cuerpos
en contacto.
Al frotar un cuerpo contra otro, debe vencerse una resistencia. A esta fuerza
que se opone al deslizamiento se le conoce como fricción.
El valor de la fricción de un cuerpo deslizante es igual a la fuerza necesaria
para vencerla.
CAUSAS:
Ninguna superficie metálica es completamente lisa; aún superficies con
acabados que se aproximan a la perfección presentan asperezas cuando se
examinan en un microscopio. Las diminutas protuberancias en una superficies
interfieren el movimiento relativo de dos cuerpos cuando rozan entre sí dando
origen a la fricción al tratar de entrelazarse y agarrarse.
EFECTOS DE FRICCION
La fricción no solo puede ser considerada desde el punto de vista negativo por
efectos que produce en maquinaria; también produce efectos positivos. Sin
fricción no sería posible caminar (percibimos la sensación de esta dificultad
cuando caminamos sobre el hielo), y muchos de los elementos que
aprovechamos, como el automóvil, el freno (el frenado de un automóvil es
posible gracias a la fricción, primero entre la balata y el disco y después entre
la llanta y el pavimento), la piedra de esmeril, etc., no tendrían razón de ser.
En los órganos de las maquinas consideramos la fricción como indeseable
porque casi todos requieren del deslizamiento de una parte contra otra. Para
vencer la fricción se requiere trabajo y la energía así gastada supone pérdida
de potencia y eficiencia. Además donde hay fricción sólida ocurre desgaste,
pérdida de material por la acción cortante de las asperezas opuestas y el
rompimiento de las minúsculas superficies soldadas.
Uno de los problemas de los ingenieros es controlar la fricción; incrementar la
fricción donde se requiere (frenos) y reducir donde no es conveniente
(cojinetes).
La fricción origina calor, produce pérdida de potencia y desgaste de las partes
en movimiento, desde el punto que se inicia un rápido deterioro hasta una falla
total en la parte en contacto.
La fricción es conceptualizada tradicionalmente en la forma de un bloque
sobre una superficie horizontal. Se aplica una fuerza al bloque que tiende a
moverlo a lo largo de la superficie, tal como lo muestra la figura. Además de
la fuerza horizontal F, también existe una fuerza normal N entre el bloque y la
superficie, mostrada aquí como resultante del peso del bloque. Conforme se
incrementa gradualmente la fuerza F desde un valor bajo, no hay movimiento
del bloque por la fricción entre las dos superficies. Finalmente, F alcanza un
cierto valor ( llamado Fs ) que vence la fricción y el bloque comienza a
deslizarse. Esto define el coeficiente de fricción estática µs:
µs = Fs /N
Una vez que el bloque está en movimiento, la fuerza requerida para
mantenerlo en movimiento baja a un valor Fk , que es la fuerza cinética. En la
mayoría de la situaciones mecánicas, la fuerza cinética se aproxima al 75% de
la fuerza estática, pero esto depende de los materiales involucrados; para
alguna combinación de materiales la diferencia entre la fuerza cinética y
estática es cero.
El coeficiente de fricción cinética µ se puede calcular:
µ= Fk /N
Existen varias teorías que explican la fricción la más aceptada es la teoría de la
adhesión, la cual sostiene que dos superficies deslizantes (no lubricadas) están
en contacto una con la otra solo en una pequeña fracción del área aparente
entre ellas. Esto es verdad aun cuando las superficies sean bastante lisas.
Cuando se observa en una vista muy amplificada, cada superficie se
caracteriza por asperezas microscópicas que hacen contacto con su opuesta
sólo en ciertos puntos. Estos puntos comprenden el área real de contacto Ar
entre las dos superficies. A causa de que el área real soporta la carga normal,
los esfuerzos involucrados en estos puntos de contacto son muy altos y
conducen a deformaciones plásticas y adhesión en algunos casos. Debido a la
naturaleza aleatoria de las superficies, algunas asperezas experimentan
esfuerzos más grandes que otros, de manera que la adhesión ocurre solamente
en los puntos donde los esfuerzos son muy altos y hay un contacto físico muy
estrecho. También depende del material en contacto y su condición ( que tan
limpia y seca está la superficie, por ejemplo). Para romper estos enlaces
adhesivos conforme las superficies se mueven, una con respecto a la otra, se
requiere una fuerza F, la la cual se aplica contra las uniones como una fuerza
cortante. Estas conexiones suman un área equivalente al área real de contacto.
De la misma manera, la fuerza normal N implica la resistencia a la fluencia
del material (la resistencia a la fluencia del material más débil es la apropiada
aquí) aplicada sobre el área real de contacto. Entonces podemos definir el
coeficiente de fricción de acuerdo a la teoría de adhesión como:
Donde:
µ= F /N=τAr/YAr=τ/Y
τ- esfuerzo cortante
Y- esfuerzo de fluencia a la compresión de las asperezas.
TIPOS DE FRICCION
• Fricción externa. Se da entre cuerpos diferentes.
• Fricción interna. Se genera entre partículas de un mismo cuerpo.
TIPOS DE FRICCION EXTERNA
Dependiendo del movimiento relativo:
- Fricción de deslizamiento. Se presenta durante el movimiento relativo
tangencial de los elementos sólidos en un sistema tribológico.
- Fricción de rodamiento. Se presenta durante el movimiento relativo de
rodadura entre los elementos sólidos de un sistema tribológico.
- Fricción de rotación. Se presenta durante el movimiento relativo de
rotación entre los elementos sólidos de un sistema tribológico.
Dependiendo de las condiciones de contacto:
- Fricción estática. Pérdida de energía mecánica al inicio y al final del
movimiento relativo tangencial entre dos zonas materiales en contacto.
- Fricción móvil. Pérdida de energía mecánica durante el movimiento
relativo de zonas materiales en contacto.
- Fricción de choque. Pérdida de energía mecánica al inicio y al final
del movimiento relativo normal (perpendicular) entre zonas materiales
en contacto.
ESTADOS DE FRICCION
- Fricción metal-metal. La fricción metal-metal es un estado de
fricciónque se presenta en diferentes fenómenos tribotécnicos. Tiene
lugar en un elemento lubricado como consecuencia del rompimiento de
la película límite o por agotamiento de lo aditivos antidesgaste del
lubricante. La fricción metal-metal no siempre se debe evitar. Hay casos
en donde es imprescindible que ocurra, como por ejemplo en las líneas
de ferrocarril, en donde es necesario que que las superficies estén
completamente exentas de algún tipo de lubricante para poder rodar y
frenar rápidamente.
- Fricción pura. Es un estado de fricción en el cual el sistema tribológico
está constituido por dos elementos que corresponden a los materiales
base. La fricción pura raras veces se encuentra en la práctica industrial y
por lo general, se obtiene a nivel de laboratorio, bajo un control muy
riguroso de los experimentos. Durante la fricción pura las superficies
están libres de cualquier película contaminante. La magnitud del
coeficiente de fricción pura varía entre 0,8 a 10 y más.
- Fricción sólida. Estado de fricción en el cual el sistema tribológico está
constituido por tres elementos que presentan características de cuerpos
sólidos. Durante la fricción sólida el tercer elemento está presente en
forma de capas de un compuesto adheridas al metal base. En la práctica
industrial este estado de fricción se halla ampliamente difundido. Se
entienden como compuestos la película límite de aditivo antidesgaste,
las capas de óxidos, suciedad, etc. La magnitud del coeficiente de
fricción varía entre 0,2 a 0,8.
- Fricción fluida. Estado de fricción en el cual el sistema tribológico está
constituido por tres elementos, presentando uno de ellos propiedades
líquidas. La obtención de la fricción fluida está condicionada a la
existencia de un lubricante líquido que separa las superficies de los
elementos sólidos, que constituyen el sistema tribológico.
- Fricción hidrodinámica. Estado de fricción en el cual las condiciones
hidrodinámicas se logran a través del movimiento relativo del par
friccionante, cuando se encuentra sometido a ciertas condiciones de
velocidad y de carga. En este estado de fricción juega un papel muy
importante la viscosidad del lubricante empleado. Los valores del
coeficiente de fricción varían en el rango de 0,001-0,002 en
dependencia de la viscosidad del lubricante.
- Fricción hidrostática. Es un estado de fricción que se presenta en
aquellos mecanismos que giran a bajas velocidades y que soportan
grandes cargas y donde, para formar la película hidrodinámica, es
necesario inyectar aceite a presión antes y durante el movimiento del
mecanismo.
- Fricción gaseosa. Estado de fricción en el cual el sistema tribológico
está constituido por tres elementos y uno de ellos presenta propiedades
gaseosas. Dentro de la fricción gaseosa, una de las formas más
difundidas es la que utiliza aire como elemento gaseoso y este separa las
superficies de los elementos sólidos, que constituyen el sistema
tribológico. La fricción aerodinámica se logra a través del movimiento
relativo de los elementos sólidos, mientras que la aerostática se alcanza
por medio de una presión exterior.
- Fricción mixta. Es un estado de fricción integrado por lo menos por
dos estados de fricción, que se presentan simultáneamente en un sistema
tribológico. La fricción mixta, formada por los estados de fricción
sólida y fluida se encuentra ampliamente difundida en la práctica
industrial, sobre todo en aquellas uniones tribotécnicas que se
caracterizan por bajas velocidades y grandes cargas ( lubricación
elastohidrodinámica o EHL). Durante la fricción mixta, las propiedades
de los materiales, que constituyen la unión, juegan un papel de primer
orden. La magnitud del coeficiente de fricción mixta varía entre 0,05 y
0,2.
LEYES DE LA FRICCION METAL- METAL POR DESLIZAMIENTO
La fricción metal-metal presenta las siguientes características:
- Es directamente proporcional al peso del elemento que desliza o rueda.
- Es independiente del área aparente de las superficies de contacto. Es
función del area efectiva, la cual es la suma de las zonas en contacto
dadas por las irregularidades de ambas superficies. Por esta razón, el
área de contacto no coincide en general con el área geométrica de las
superficies que se rozan.
- No depende de la velocidad de deslizamiento.
- Varía según la naturaleza de los materiales y del acabado superficial.
LEYES DE LA FRICCION METAL-MATAL POR RODADURA
- Varía con la carga.
- Es inversamente proporcional al diámetro del elemento rodante.
- Es menor para superficies pulidas que para superficies rugosas.
REDUCCION DE LA FRICCION
Las fuerzas de fricción pueden ser disminuidas por los siguientes factores, los
cuales pueden controlarse:
1. La carga: Influye en forma directamente proporcional a la fricción; sin
embargo, es parte de todo mecanismo y en la mayoría de los casos s difícil
modificar.
2. Naturaleza de los materiales: Dependiendo de su naturaleza química, los
cuerpos pueden presentar mayor o menor fricción.
EJEMPLO: Dos superficies de acero que deslizan presentan mayor
fricción que dos superficies de teflón bajo las mismas condiciones de
trabajo.
3. El acabado de las superficies: Los coeficientes de fricción son
mayores cuando las superficies son ásperas que cuando son pulidas.
4. Forma de los cuerpos: La fricción por rodamiento es menor que la
fricción por deslizamiento. Los cuerpos esféricos o cilíndricos, por lo tanto,
ocasionan menor fricción.
5. La lubricación utilizada.
DESGASTE
Es consecuencia directa de del rozamiento metal-metal entre dos superficies y
se define como el deterioro sufrido a causa de la intensidad de la interacción
de sus rugosidades superficiales. El desgaste puede llegar a ser crítico,
haciendo que las piezas de una máquina pierdan sus tolerancias y queden
inservibles, causando costosos daños y elevadas pérdidas de producción.
TIPOS DE DESGASTE
• ADHESIVO. Se presenta cuando las irregularidades de una superficie
interactúan directamente con las de otra, se adhieren y se soldan, dando
lugar en la mayoría de los casos al desprendimiento de partículas.
Causas:
- Falta de aplicación de un lubricante.
- Rompimiento de la película límite por agotamiento o por sobrecarga.
- Un bajo nivel, viscosidad o presión del aceite en el sistema.
- Un alto nivel, viscosidad o presión del aceite en el sistema.
Soluciones:
- Cambiar el aceite dentro de las frecuencias normales.
- No sobre cargar los mecanismos.
- Mantener el nivel, viscosidad y presión del aceite.
• ABRASIVO. Es el resultado de la presencia entre las superficies en
movimiento relativo de partículas extrañas de igual o mayor dureza a la de
los materiales que los conforman. Las partículas abrasivas se incrustan
ellas mismas en una de las superficies y actúan como una herramienta de
corte, removiendo material de la otra superficie.
Causas:
- Problemas de filtración
- Presencia de partículas sólidas de igual o mayor tamaño al juego
dinámico.
- Presencia de partículas sólidas de menor tamaño al juego dinámico con
incremento de la carga.
- Las partículas sólidas provienen de algún otro tipo de desgaste o del
medio ambiente.
• CORROSIVO. Es el deterioro lento y progresivo de las superficies
metálicas al estar presente sustancias ácidas que afectan la metalurgia de
los mecanismos. Este tipo de desgaste también se puede presentar por
vibraciones en el sistema, que interrumpen la película lubricante y hacen
que la humedad del ambiente corroa las superficies.
Causas:
- Intervalos de uso del aceite muy prolongado (aceite oxidado)
- Contaminación del aceite con ácidos o con agua.
- Vibraciones y humedad en el ambiente (maquinaria textil)
Soluciones:
- Cambiar el aceite dentro del intervalo de vida útil.
- Utilizar el lubricante adecuado para condiciones de vibración y
humedad.
• EROSIVO. Es causado por un fluido a alta presión y puede llagar a ser
crítico si tiene partículas sólidas en suspensión, las cuales al impactar
sobre las superficies arrancan material de ellas, debido al efecto de los
momentum de las partículas. La perdida de material puede ser significativa,
provocando roturas por fatiga.
Causas:
- Alto nivel del aceite.
- Alta viscosidad del aceite.
- Alta presión del sistema.
- Partículas sólidas en el aceite fluyendo a alta presión.
Soluciones:
- Mantener el nivel, la viscosidad y la presión del aceite en el sistema
dentro del rango normal.
- Implementar sistemas de filtración.
- Cambiar el aceite con mas frecuencia.
• FATIGA SUPERFICIAL. Se presenta como consecuencia de los
esfuerzos cíclicos de tensión, compresión y esfuerzos cortantes sobre una
superficie, los cuales dan como resultado grietas profundas de fatiga que
causan finalmente la aparición de picaduras y escamas.
Causas:
- Es inevitable con el tiempo.
- Se puede incrementar con la presencia de partículas del mismo tamaño
o ligeramente más grandes que el juego dinámico y que no se adhiere a
ninguna superficie en movimiento.
Soluciones:
- Un proceso tribológico positivo.
- Mantener el aceite limpio.
• POR CAVITACION. Tiene lugar cuando el aceite fluye a través de una
región donde la presión es menor que la de su presión de vapor, esto hace
que el aceite hierva y forme burbujas de vapor, las cuales son transportadas
por el aceite hasta llegar a una región de mayor presión, donde el vapor
regresa al estado líquido en forma súbita, generando fugas sobre las
superficies metálicas que dan lugar a la aparición de picaduras y grietas.
Causas:
- Entrada de aire en el sistema de lubricación.
- Alta tendencia del aceite a formar espuma.
Soluciones:
- Inspeccionar el sistema de lubricación.
- Seleccionar correctamente el lubricante.
- Incremento de la presión en el sistema o utilizando aceites con
presiones de vapor bajas a altas temperaturas.
• POR CORRIENTES ELECTRICAS. Se presenta como consecuencia
del paso de corrientes eléctricas a través de los elementos de una máquina,
como en el caso de los rodamientos y cojinetes lisos en turbomaquinaria.
Causas:
- Toma a tierra defectuosa (Motores eléctricos)
- Corrientes parásitas (torbomaquinaria)
Soluciones:
- Inspeccionar la toma a tierra en equipos rotatorios.
• POR DIFUSION. La difusión metálica puede ser un factor de desgaste a
altas temperaturas. La difusión es un proceso de transferencia de masa, que
se acelera al incrementarse la temperatura; por ejemplo, un proceso de
maquinado implica el contacto íntimo entre el material de trabajo y la
herramienta de corte a temperaturas que se aproximan algunas a veces a los
1100o C. Bajo estas condiciones la difusión es un mecanismo de desgaste
significativo en la herramienta.
Causas:
- Altas temperaturas.
Soluciones:
- Utilizar lubricante, refrigerante.
PROBLEMAS OCACIONADOS POR EL DESGASTE
- Mayor consumo de repuestos por aumento en las reparacionesy en el
mantenimiento.
- Reducción en la producción por paros de maquinaria.
- Vida útil más corta de la maquinaria.
- En motores de combustión interna da lugar a pérdida de potencia,
mayor consumo de combustible, etc.
- Posibilidad de accidentes ante el peligro de rotura de piezas al
sobrepasar los límites permisibles de diseño.
FORMAS DE REDUCIR EL DESGASTE
- Utilizando los lubricantes más apropiados para la diferentes condiciones
de operación.
- Frecuencia de lubricación adecuada, con el fin de determinar los
cambios de aceite y los reengrases correctos.
- Buenos programas de mantenimiento preventivo, incluyendo
principalmente la limpieza y/o el cambio de los filtros de aire y de
aceite.
- No sometiendo los equipos a condiciones diferentes a las de diseño.
CONCEPTO DE LUBRICACION
Lubricación es interponer entre dos superficies, generalmente metálicas
expuestas a fricción, una película fluida que las separe a pesar de la presión
que se ejerza para juntarlas. La lubricación elimina el contacto directo de las
superficies metálicas, impide su desgaste y reduce al mínimo el rozamiento
que produce pérdida de potencia.
IMPORTANCIA DE LA LUBRICACION
Los costosísimos y complicados equipos industriales que requieren la
industria moderna no podrían funcionar, ni siquiera unos minutos, sin el
beneficio de una correcta lubricación. El costo de ésta resulta insignificante
comparado con el valor de los equipos a los que brinda protección.
La utilización del lubricante correcto en la forma y cantidad adecuada ofrece
entre otros los siguientes beneficios.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Reduce el desgaste de las piezas en movimiento.
Menor costo de mantenimiento de la máquina.
Ahorro de energía.
Facilita el movimiento.
Reduce el ruido.
Mantiene la producción.
FUNCIONES DE LOS LUBRICANTES
Los lubricantes deben rebajar al máximo los rozamientos de los órganos
móviles facilitando el movimiento, pero además deben reunir propiedades
tales como:
1. Soportar grandes presiones sin que la película lubricante se rompa.
2. Actuar como refrigerante.
3. Facilitar la evacuación de impurezas.
ELEMENTOS BASICOS QUE REQUIEREN LUBRICACION
Por complicada que parezca una máquina, los elementos básicos que requieren
lubricación son:
1. Cojinetes simples y antifricción, guías, levas, ect.
2. Engranajes rectos, helicoidales, sin fin, etc., que puedan estar descubiertos
o cerrados.
3. Cilindros como los de los compresores, bombas y motores de combustión
interna.
4. Cadenas, acoples flexibles y cables.
Tipos de Lubricación
El tipo de lubricación que cada sistema necesita se basa en la relación de los
componentes en movimiento. Hay tres tipos básicos de lubricación: limítrofe,
hidrodinámica, y mezclada. Para saber qué tipo de lubricación ocurre en cada
caso, necesitamos saber la presión entre los componentes a ser lubricados, la
velocidad relativa entre los componentes, la viscosidad del lubricante y otros
factores. Desde hace relativamente poco tiempo se ha empezado a hablar de
un cuarto tipo de lubricación: elasto-hidrodinámica, pero no la voy a
mencionar ya que no aporta conceptos únicos y se usa solamente en
aplicaciones de muy alta tecnología.
La Lubricación Limítrofe ocurre a baja velocidad relativa entre los
componentes y cuando no hay una capa completa de lubricante cubriendo las
piezas. Durante lubricación limítrofe, hay contacto físico entre las superficies
y hay desgaste. La cantidad de desgaste y fricción entre las superficies
depende de un número de variables: la calidad de las superficies en contacto,
la distancia entre las superficies, la viscosidad del lubricante, la cantidad de
lubricante presente, la presión, el esfuerzo impartido a las superficies, y la
velocidad de movimiento. Todo esto afecta la lubricación limítrofe.
La mayor cantidad del desgaste ocurre al prender el motor. Esto sucede por la
baja lubricación limítrofe, ya que el aceite se ha "caído" de las piezas al fondo
del cráter…produciendo contacto de metal-a-metal. Una vez que arrancó el
motor, una nueva capa de lubricante es establecida con la ayuda de la bomba
de aceite a medida que los componentes adquieren velocidad de operación.
En algún momento de velocidad crítica la lubricación limítrofe desaparece y
da lugar a la Lubricación Hidrodinámica. Esto sucede cuando las superficies
están completamente cubiertas con una película de lubricante.
Esta condición existe una vez que una película de lubricante se mantiene entre
los componentes y la presión del lubricante crea una "ola" de lubricante
delante de la película que impide el contacto entre superficies. Bajo
condiciones hidrodinámicas, no hay contacto físico entre los componentes y
no hay desgaste. Si los motores pudieran funcionar bajo condiciones
hidrodinámicas todo el tiempo, no habría necesidad de utilizar ingredientes
anti-desgaste y de alta presión en las fórmulas de lubricantes. Y el desgaste
sería mínimo!
La propiedad que más afecta lubricación hidrodinámica es la viscosidad. La
viscosidad debe ser lo suficientemente alta para brindar lubricación (limítrofe)
durante el arranque del motor con el mínimo de desgaste, pero la viscosidad
también debe ser lo suficientemente baja para reducir al mínimo la "fricción
viscosa" del aceite a medida que es bombeada entre los metales (cojinetes) y
las bancadas, una vez que llega a convertirse en lubricación hidrodinámica.
Una de las reglas básicas de lubricación es que la menor cantidad de fricción
innecesaria va a ocurrir con el lubricante de menor viscosidad posible para
cada función específica. Esto es que cuanto más baja la viscosidad, menos
energía se desperdicia bombeando el lubricante.
Por ejemplo, los locos que corren los "Dragsters" de NHRA y IHRA en el
cuarto de milla en los Estados Unidos (USA) le ponen aceite del "SAE 0" ó
"SAE 5", pues reduce la fricción interior del motor, dándoles máxima
potencia (pero alto desgaste, ya que la viscosidad es demasido baja). Ellos
quieren la mayor cantidad de HP, y no les importa si hay desgaste, ya que
desarman el motor después de cada carrera.
La Lubricación Mezclada es exactamente eso: una mezcla inestable de
lubricación limítrofe e hidrodinámica. Por ejemplo, cuando enciendes el motor
(o cuando arranca un componente, si es otro equipo), la velocidad de los
componentes aumenta velozmente y por una pequeña fracción de segundo se
produce lubricación mezclada. En otras situaciones, cuando el esfuerzo y la
velocidad de los componentes varía ampliamente durante el uso (durante
manejo en montaña o en tráfico, por ejemplo) la temperatura puede hacer que
el lubricante se "queme" más rápido y que así la lubricación hidrodinámica sea
difícil de adquirir (ya que el lubricante ha perdido el beneficio de ciertos
aditivos que se "quemaron"), dejando así el motor trabajando en una condición
de lubricación mezclada, que producirá más desgaste.
Por ejemplo, mucha gente anda en un cambio (velocidad) más alto que el
que deben usar, cosa que causa pocas vueltas de motor, y tal vez menor
consumo, pero aumenta el desgaste tremendamente. ¿Cómo es eso?
Supongamos que un motor viene en 3ra a 3.000 rpm, o en 4ta a 2.000 rpm y
que el vehículo se acerca a una pendiente o cuesta…el conductor decide
dejarlo en 4ta para subir…el motor empieza a trabajar más duro (mayor
esfuerzo) para subir…la temperatura interior y el esfuerzo interno del motor
aumenta, pero las revoluciones (que se reflejan en el tacómetro) del motor
no…el aceite se calienta, la fricción aumenta (fíjense en la cantidad de
aceite en medio del carril en la ruta en el lado de la subida de una
pendiente... y verán, pero NO en el lado de la bajada)…¿por qué?, porque el
motor levanta presión, temperatura y fricción en la subida, y no en la
bajada. Al aumentar el esfuerzo, sería lógico aumentar la cantidad de aceite
que pasa por cada superficie bajo fricción, pero al dejar el motor en 4ta, las
revoluciones siguen siendo 2.000, como en la recta antes de la subida, por
más que el esfuerzo del motor es mucho mayor en la subida y para mantener
buena lubricación se necesitarían más revoluciones en el motor…¿qué se
debería de hacer...bajarle un cambio o velocidad!. Se debe aumentar las
revoluciones para que la bomba de aceite pueda mandar más lubricante
sobre los componentes bajo mayor fricción!
Es más o menos así:
·
Si dejas la lubricación constante (al dejarlo en pocas revoluciones)
pero aumentas el esfuerzo del motor, aumentarás el desgaste.
·
Si aumentas el esfuerzo, entonces aumenta las revoluciones del
motor (bajándole un cambio de la caja de velocidades) para aumentar
la lubricación, ya que al levantar vueltas, aceleras la bomba de aceite!
Esto es un ejemplo de lubricación hidrodinámica perdiendo efecto y
convirtiéndose en lubricación mezclada (de alto desgaste de componentes). Lo
bueno es que las subidas no son eternas , así que ningún motor trabaja en
condiciones de lubricación mezclada 100% del tiempo, si no, no duraría
mucho.
No voy a hacer distinciones entre los diferentes tipos de baleros, ya que una
vez que el aceite llega a la condición de lubricación hidrodinámica se
convierte en el tercer elemento físico del balero, agarrado "en sandwich" entre
las superficies, impartiendo sus características a la ecuación de fricción de
deslice y fricción rotatoria; de hacerlo dificultaría entender las cosas aún
más…
Lubricación Elasto-hidrodinámica
A medida que la presión o la carga se incrementan, la viscosidad del aceite
también aumenta. Cuando el lubricante converge hacia la zona de contacto, las
dos superficies se deforman elásticamente debido a la presión del lubricante.
En la zona de contacto, la presión hidrodinámica desarrollada en el lubricante
causa un incremento adicional en la viscosidad que es suficiente para separar
las superficies en el borde de ataque del área de contacto. Debido a esta alta
viscosidad y al corto tiempo requerido para que el lubricante atraviese la zona
de contacto, hacen que el aceite no pueda escapar, y las superficies
permanecerán separadas.
La carga tiene un pequeño efecto en el espesor de la capa, debido a que a estas
presiones, la capa de aceite es más rígida que las superficies metálicas. Por lo
tanto, el efecto principal de un incremento en la carga es deformar las
superficies metálicas e incrementar el área de contacto, antes que disminuir el
espesor de la capa de lubricante.
FACTORES QUE AFECTAN LA LUBRICACION
El desempeño de un lubricante se ve afectado por varios factores. Los
principales en términos generales son:
1. Factores de operación:
Entre los factores de operación principales que afectan la lubricación tenemos:
a.
b.
c.
d.
La carga.
La temperatura.
La velocidad.
Posibles contaminantes.
2. Factores de diseño:
Entre los factores de diseño se pueden considerar entre otros:
a.
b.
c.
d.
Materiales empleados en los elementos.
Textura y acabado de las superficies.
Construcción de la máquina.
Métodos de aplicación del lubricante.
TIPOS O SISTEMAS DE LUBRICACION
a. Manual.
b. Centralizada o automática.
TIPOS DE LUBRICANTES
De acuerdo a su estado los lubricantes se pueden clasificar así:
1.
2.
3.
4.
Gaseoso (aire)
Líquidos (aceite)
Semi-sólidos (grasas)
Sólidos, Por ejemplo: (Bisulfuro de molibdeno, grafito, talco)
Se destacan por su mayor utilización en la industria los aceites y las grasas.
SEGÚN SU NATURALEZA LOS LUBRICANTES SE CLASIFICAN:
1.
VEGETALES:
Extraídos de las plantas y frutos, poco usados en la lubricación industrial pues
comparados con los lubricantes minerales quedan en gran desventaja en lo que
respecta al poder lubricante. Se les da mayor utilización en los alimentos.
Podemos citar entre otros: Los aceites de oliva, soya, maíz, coco, algodón,
higuerilla, etc.
2.
ANIMALES:
Son extraídos de la lana, de los huesos y tejidos adíposo de los animales
terrestres y marinos. También son poco usados en la lubricación industrial, se
les utiliza en procesos industriales. Por ejemplo, en la fabricación de jabones.
Entre los más conocidos citaremos: La lanolina, la manteca de cerdo, el aceite
de ballena, etc.
3. MINERALES:
Los lubricantes minerales por sus características son los más utilizados en la
industria. Se pueden clasificar así:
a. Los derivados de los hidrocarburos, del petróleo, del carbón de piedra.
b. Los lubricantes sólidos como; el bisulfuro de molibdeno, el grafito, el
tungsteno, el talco y otros.
ELABORACION DE LUBRICANTES A PARTIR DE CRUDOS DE
PETROLEO
La palabra petróleo está formada por “Petra” piedra y “Oleum” aceite, esto es
aceite de piedra y lo componen en su mayor porcentaje hidrocarburos,
contienen además, en pequeños porcentajes oxígeno, nitrógeno, azufre, etc.
Se encuentra una gran variedad de petróleos crudos y se puede decir que no
existen en el mundo dos pozos que contengan petróleo crudo de igual
composición química, pero en forma general se han agrupado según la base
predominante, esto es:
Base parafínica
Base nafténica o asfáltica
Base mixta (parafínica- nafténica)
Estructura Básica de los Lubricantes
La mayoría de los lubricantes son derivados de hidratos de carbono
(hidrocarburos). Hay lubricantes basados en otras químicas, pero en general
son para usos muy especializados, donde lubricantes comunes no se pueden
usar.
La materia prima para lubricantes puede ser derivada de grasas y aceites
animales, vegetales o aceites crudas (petróleo). Como verán, no he listado los
lubricantes sintéticos por separado, ya que los lubricantes sintéticos son
basados en las mismas materias primas. Increíble, no? Sigan leyendo…
Sea el tipo de lubricante que sea, siempre se empieza con la “base”. La base se
prepara con un proceso de refinado. El refinado es una especie de destilación
de elementos componentes de la materia prima que son evaporados a distintas
temperaturas y condensados en distintos receptáculos. A este lubricante básico
se le agregan aditivos antioxidantes y anticorrosivos.
Estos aditivos son absolutamente necesarios en todos los lubricantes base o
básicos para brindar resistencia a la corrosión a los metales con los que el
lubricante va a estar en contacto y resistencia a la oxidación para el lubricante
mismo. La oxidación es muy común entre los aceites, y es fácilmente
reconocida, por ejemplo, en la cocina de casa (la manteca y otras cosas que
contienen aceite y se ponen rancias). Todos los lubricantes base eventualmente
se oxidan y se degradan. Esto es lo que hace que la grasa vieja se oscurezca y
se endurezca. Los aditivos son importantísimos y esenciales para brindar
durabilidad y consistencia a los lubricantes.
Una vez que el lubricante base ha sido combinado con los dos aditivos
mencionados anteriormente (anti-óxido y anti-corrosión), cosa que se hace
inmediatamente después de refinarse, se la agrega un segundo “paquete” de
aditivos. Este paquete provee a cada lubricante sus características. Lo que es
interesante saber es que la materia prima afecta la calidad final tanto como
cada uno de los aditivos que integran la mezcla. Una materia prima de baja
calidad va a pasar los requerimientos legales para la venta, pero se va a
degradar mucho más rápido que un lubricante hecho con los mismos
aditivos pero con una mejor materia prima. A su vez, una buena materia
prima combinada con aditivos de baja calidad va a producir un
lubricante que no posee todo su “potencial”.
ACEITES LUBRICANTES
En la actualidad los aceites se derivan del petróleo. El petróleo crudo es
esencialmente una mezcla de gasolina, kerosene, aceite combustible y diesel,
fracciones lubricantes, asfalto y gas natural disuelto. Estos productos a su vez
son mezclas a menudo de miles de compuestos diferentes, cada uno de los
cuales hierve a una temperatura definida.
Para aplicaciones en las cuales las condiciones son extremadamente severas,
los aceites de petróleo se refuerzan a menudo con la adición de ciertos agentes
especiales (aditivos).
La elección del lubricante adecuado es de suma importancia puesto que se
tienen numerosos puntos para considerar en vista del servicio que se deba
prestar.
Si tomamos como referencia lo concerniente al coeficiente de fricción debe
observarse:
1. La viscosidad y hasta cierto punto que de sus propiedades depende la
facultad de un aceite para quedar entre dos superficies en movimiento.
2. Con el aumento de temperatura se reduce la viscosidad y viceversa.
3. Con una película completa de espesor constante crece la fricción líquida a
medida que aumenta la velocidad del movimiento.
Para elegir en cada caso el lubricante adecuado se dispone de aceites de
petróleo que varían en viscosidad, punto de ebullición, estabilidad química y
otras características ya que todo lubricante debe:
1.
2.
3.
4.
Humedecer las superficies que necesitan lubricación.
Poseer la viscosidad adecuada.
No evaporarse excesivamente en el servicio.
No ser perjudicial a las sustancias con las que se pone en contacto y no
tener tendencia a formar goma, barniz, sedimento y otros materiales que
puedan estorbar su acción propia.
5. Poseer tal estabilidad contra las alteraciones químicas, que ninguna de las
propiedades mencionadas se haga insuficiente en el servicio.
El aceite lubricante o simplemente “aceite” es una compleja mezcla de
hidrocarburos que representa una de las clasificaciones más importantes de
productos derivados de la refinación del petróleo crudo, encontrándose una
gran variedad tanto de tipos como de grados.
Una de las propiedades más importantes y toda la historia de la
lubricación gira alrededor de ella, es la viscosidad.
LA VISCOSIDAD de un fluido es su resistencia a fluir libremente. Fluidos
espesos como la melaza tienen alta viscosidad porque no fluyen con rapidez.
Fluidos delgados como el agua, fluyen rápidamente y tienen bajas
viscosidades.
LA VISCOSIDAD
La viscosidad es la resistencia que opone el aceite a fluir libremente. La
viscosidad es una de las propiedades más importantes de un aceite lubricante.
Es uno de los factores responsables de la formación de la capa de lubricación,
bajo distintas condiciones de espesor de esta capa. La viscosidad afecta la
generación de calor en rodamientos, cilindros y engranajes debido a la fricción
interna del aceite. Esto afecta las propiedades sellantes del aceite y la
velocidad de su consumo. Determina la facilidad con la que las máquinas se
pueden poner en funcionamiento a varias temperaturas, especialmente a las
bajas. La operación satisfactoria de una dada pieza de un equipo depende
fundamentalmente del uso de un aceite con la viscosidad adecuada a las
condiciones de operación esperadas.
VISCOSIDAD DINAMICA
El concepto básico de la viscosidad se muestra en la figura, donde una placa
se mueve a una velocidad constante V sobre una capa de aceite. El aceite se
adhiere a ambas caras de las placas, la móvil y la estacionaria. El aceite en
contacto con la cara de la placa móvil viaja a la misma velocidad que ésta,
mientras que el aceite en contacto con la placa estacionaria tiene velocidad
nula. Entre ambas placas, se puede visualizar al aceite como si estuviera
compuesto por muchas capas, cada una de ellas siendo arrastrada por la
superior a una fracción de la velocidad V, proporcional a su distancia de la
placa estacionaria. Una fuerza F debe ser aplicada a la placa móvil para vencer
a la fricción entre las capas fluidas. Dado que esta fricción esta relacionada
con la viscosidad, la fuerza necesaria para mover la placa es proporcional a la
viscosidad. La viscosidad se puede determinar midiendo la fuerza necesaria
para vencer la resistencia a la fricción del fluido en una capa de dimensiones
conocidas. La viscosidad determinada de esta manera se llama dinámica o
absoluta.
La viscosidad dinámica normalmente se expresa en poise (P) o centipoise (cP,
donde 1 cP = 0,01 P), o en unidades del Sistema Internacional como pascalessegundo (Pa-s, donde 1 Pa-s = 10 P). La viscosidad dinámica, la cual es
función sólo de la fricción interna del fluido, es la cantidad usada más
frecuentemente en el diseño de cojinetes y el cálculo de flujo de aceites.
VISCOSIDAD CINEMATICA
Debido a que es más conveniente medir la viscosidad de manera tal que tenga
en cuenta la densidad del aceite, para caracterizar a los lubricantes
normalmente se utiliza la viscosidad cinemática.
La viscosidad cinemática de un fluido es su viscosidad dinámica dividida por
su densidad, ambos medidos a la misma temperatura, y expresada en unidades
consistentes. Las unidades más comunes que se utilizan para expresar la
viscosidad cinemática son: stokes (St) o centistokes (cSt, donde 1 cSt = 0,01
St), o en unidades del SI como milímetros cuadrados por segundo (mm2/s,
donde 1 mm2/s = 1 cSt).
La viscosidad dinámica en centipoise se puede convertir en viscosidad
cinemática en centistokes dividiéndola por la densidad del fluido en gramos
por centímetro cúbico (g/cm3) a la misma temperatura. La viscosidad
cinemática en milímetros cuadrados por segundo se puede convertir en
viscosidad dinámica en pascal-segundos multiplicando por la densidad en
gramos por centímetro cúbico y dividiendo el resultado por 1000.
MEDICION DE LA VISCOSIDAD
Los procedimientos y el equipo para medir la viscosidad son numerosos.
Algunos emplean los principios fundamentales de la mecánica de fluidos para
tener la viscosidad en sus unidades básicas.
Viscómetro de tambor giratorio
VISCO ELITE
Modelo
Gama de viscosidade
Velocidades fixas
Visco Elite L
15 – 2.000.000 cP
0.3 – 200
Visco Elite R
100 – 13.000.000 cP
0.3 – 200
Visco Elite H
2 – 1.060.000 Poise
0.3 – 200
Se hace girar el tambor exterior a una velocidad angular constante, mientras
que el tambor interior se mantiene estacionario, el fluido que esta en contacto
con el tambor giratorio tiene una velocidad lineal, conocida, mientras que el
fluido que está en contacto con el tambor interior tiene una velocidad cero.
µ = τ/(∆υ/∆y)
Viscómetro de tubo capilar
Lo constituyen dos recipientes conectados por un tubo largo de diámetro
pequeño.
(p1 – p2) D2
µ = 
32 v L
Viscómetro estándar calibrados capilares de vidrio
Utilizados para medir la viscosidad cinemática de líquidos transparentes y
opacos.
Viscosímetro capilar
Viscosímetros capilares automáticos y semiautomáticos
ViscoClock
Equipos de medida de la viscosidad capilar automáticos y
semiautomáticos que facilitan este trabajo y con los que se
obtienen valores de medida precisos y reproducibles.
El ViscoClock es un medidor automático del tiempo de caída. Es una
alternativa al cronómetro que le ahorrará tiempo y dinero y con
la que eliminará el error humano en el cronometraje.
Viscómetro de caída de bola
VISCO BALL
BOLA nº
1
2
3
4
5
6
Gama medida ( mPa s)
0.6 a 10
7 a 130
30 a 700
200 a 4.800
1.500 a 45.000
> 7.500
Este funciona haciendo que una bola esférica caiga libremente a través del
fluido y midiendo el tiempo requerido para que ésta recorra una distancia
conocida.
(ys – yf) D2
µ = 
18v
GRADOS DE VISCOSIDAD SAE
La Sociedad de Ingenieros automotrices (SAE) ha desarrollado un sistema de
valoración en aceites para motor y lubricantes de engranajes y de ejes que
indica la viscosidad de los aceites a temperaturas específicas. Los aceites que
tienen el sufijo W deben tener viscosidades cinemáticas en los intervalos
indicados a 100º C. Los aceites de multiviscosidad, como el SAE 10W – 30,
deben cumplir con las normas en las condiciones de baja y de alta
temperaturas.
La especificación de valores de viscosidad máxima a baja temperatura para
aceites está relacionada con la capacidad del aceite para fluir hacia las
superficies que necesitan lubricación, a las velocidades de motor que se
alcanzan durante el inicio del funcionamiento a bajas temperaturas. La
viscosidad de bombeo indica la capacidad del aceite para fluir hacia la entrada
de la bomba de aceite de un motor.
Las especificaciones del intervalo de viscosidades a altas temperaturas se
relacionan con la capacidad del aceite de proporcionar una película de aceite
satisfactoria para llevar las cargas esperadas mientras no se tenga una
viscosidad excesivamente alta que pudiera aumentar la fricción y las pérdidas
de energía generadas por las partes en movimiento.
Alta temperatura
Baja temperatura- Viscosidad dinámica
Grado de
viscosidad
SAE
0W
5W
10W
15W
20W
25W
20
30
40
50
60
Condición de
manivela*
(cP) Máx. a (ºC)
3250 a -30
3500 a -25
3500 a -20
3500 a -15
4500 a -10
6000 a -5
-.
-
Viscosidad
Condición de
cinemática
+
bombeo#
a 100ºC (cSt)
(cP) Máx. a (ºC) Min.
Máx.
30000 a - 35
3.8
30000 a -30
3.8
30000 a -25
4.1
30000 a- 20
5.6
30000 a- 15
5.6
30000 a- 10
9.3
5.6
<9.3
9.3
<12.5
12.5
<16.3
16.3
<21.9
21.9
<26.1
Grado de
viscosidad
SAE
70W
75W
80W
85W
90
140
250
Temperatura máxima
para viscosidad dinámica
de 15000 cP*
(ºC)
-55
-40
-26
-12
-
Viscosidad cinemática
a 100 ºC (cSt)*
Mín.
4.1
4.1
7.0
11.0
13.5
24.0
41.0
Máx.
<24.0
<41.0
-
GRADOS DE VISCOSIDAD ISO
Los lubricantes que se utilizan en aplicaciones industriales deben estar
disponibles en un amplio intervalo de viscosidades, para cumplir con las
necesidades de maquinaria de producción, cojinetes, accionadores de
engranajes, máquinas eléctricas, ventiladores y sopladores, sistemas de
potencia de fluido, equipo móvil y muchos otros dispositivos. Los diseñadores
de tales sistemas deben asegurarse de que el lubricante puede soportar la
temperatura a las que se le va a someter mientras desarrollan una capacidad
suficiente de traslado de peso. Por consiguiente se tiene necesidad de una
amplia variedad de viscosidades.
Para cumplir con tales requerimientos y seguir teniendo un cierto número de
opiniones manejables y económicas, la Norma ASTM D2422, clasificación
estándar de lubricantes fluidos industriales por sistema de viscosidad, define
un conjunto de 18 grados de viscosidad ISO. La designación estándar incluye
el prefijo ISO VG seguido por un número que representa la viscosidad
nominal en cSt (mm2 /s) para una temperatura de 40ºC.
Grado
ISO VG
2
3
5
7
10
15
22
32
46
68
100
150
220
320
460
680
1000
1500
Viscosidad cinemática a 40ºC (cSt)
o (mm2/s)
_________________________________________
Nominal
Mínimo
Máximo
2.2
1.98
2.40
3.2
2.88
3.52
4.6
4.14
5.06
6.8
6.12
7.48
10
9.00
11.0
15
13.5
16.5
22
19.8
24.2
32
28.8
35.2
46
41.4
50.6
68
61.2
74.8
100
90.0
110
150
135
165
220
198
242
320
288
352
460
414
506
680
612
748
1000
900
1100
1500
1350
1650
VISCOSIMETROS: Para medir la viscosidad utilizamos los viscosímetros.
A. VISCOSIMETRO Saybolt: S.S.U.
Nos da el tiempo en segundos en que tarda en pasar una muestra de 60 cm3 de
aceite a través de un orificio estándar y a una temperatura determinada la cual
puede ser 100ºF, 130ºF, 210ºF, (38ºC,54ºC,100ºC). A las unidades obtenidas
con este viscosímetro se les denomina segundos.
Saybolt universal (S.S.U). Empleado en los E.E.U.U.
Por ejemplo: El aceite hidráulico NUTO 32 de la ESSO, tiene una viscosidad
de 147 S.U a 100ºF y una viscosidad de 43 S.S.U a 210ºF.
Entre mayor sea el S.S.U mayor será su viscosidad.
B. VISCOSIMETRO Engler: ( grados Engler ºE)
Usado en Europa, excepto Inglaterra. Es la relación que resulta de dividir el
tiempo de derrame de 200 cm3 de aceite a la temperatura que se desee
comprobar la viscosidad y el de igual cantidad de agua a 20ºC (50 a 52 seg)
también las temperaturas de 50ºC y 100ºC.
C. VISCOSIMETRO Redwood: (segundo Redwood)
Utilizado en Inglaterra y corresponde al tiempo de derrame de 50 cm3 de
aceite. La referencia de temperatura del aceite es de 100ºF, 130ºF y 210ºF.
CARACTERISTIAS DE LOS LUBRICANTES
1. VISCOSIDAD:
La característica más importante de los aceites.
2. INDICE DE VISCOSIDAD: I.V.
E índice de viscosidad es el valor que indica la variación de la viscosidad de
un aceite frente a la acción de la temperatura. Para hallar el índice de
viscosidad se compara la variación de viscosidad que ha sufrido un aceite a
dos temperaturas distintas y fijas, casi siempre 100ºF (38ºC) y 210ºF (99ºC)
Se ha establecido una escala convencional que va de 0 a 100, donde los aceites
que tiendan a 0 representan los de mayor variación y son poco estables y los
cercanos a 100 son los más estables.
Se han logrado por medio de aditivos, índices de viscosidad superiores a 100 y
se consideran estos aceites como inafectables por la temperatura. Para uso
automotriz se deben utilizar I.V. superiores a 85.
3. UNTUOSIDAD:
Se entiende por untuosidad la adherencia del aceite a las superficies a lubricar.
Es una propiedad de acción física, la cual, aunque siempre es de interés, tiene
su máximo exponente en la lubricación de motores de vehículos y de cojinetes
sometidos a frecuentes paradas y arrancadas.
4. DENSIDAD: (Gravedad específica)
Densidad es la relación existente entre el peso de un volumen determinado de
una sustancia y el del agua destilada a 4ºC. En los aceites lubricantes esta
relación es menor a la unidad (0,855 a 0,934), lo cual nos indica que son
menos pesados que el agua, razón por la que flotan en ella. La densidad de los
aceites se da a la temperatura de 15,5ºC.
5. PUNTOS DE FLUIDEAZ Y CONGELACION:
El punto de fluidez es aquella constante que indica cuál es la mínima
temperatura a la que fluye el aceite por los circuitos de lubricación, es decir el
aceite a bajas temperaturas se va volviendo más viscoso, hasta que llega el
momento en que deja de fluir. Esta característica se debe tener en cuenta
principalmente en aceites que van a lubricar mecanismos que trabajan a bajas
temperaturas, por ejemplo máquinas frigoríficas.
Si se continúa enfriando el aceite, casi inmediatamente se produce la
congelación total, punto éste que se conoce como congelación.
6. PUNTO DE INFLAMACION Y COMBUSTION:
El punto de inflamación de un aceite lo determina la temperatura mínima a la
cual los vapores desprendidos por un aceite se inflaman en presencia de una
llama o chispa que va saltando casi de un modo continuo.
El punto de inflamación tiene una importancia vital en aquellos mecanismos
donde el aceite trabaja a elevadas temperaturas; por ejemplo, motores de
combustión interna en los que se requieren puntos de inflamación superiores a
215ºC. En cambio para lugares donde la temperatura sea la ambiental o
ligeramente superior, esta característica no tiene interés alguno, ya que todos
los aceites superan en mucho a dicha temperatura.
Si se prosigue calentando el aceite al llegar a una temperatura de 20º o 30ºC
superior al punto de inflamación, los vapores desprendidos ya no arden
momentáneamente, sino de un modo continuado; este fenómeno se conoce
con el nombre de punto de combustión.
7. ACIDEZ:
Es el porcentaje de ácidos libres que un aceite contiene. Dichos ácidos siempre
son perjudiciales tanto para el lubricante como para los metales con los que
están en contacto. No es aceptable un aceite que arroje un porcentaje de acidez
superior al 0,25%.
Una de las formas de definir la acidez o alcalinidad de una materia es por la
escala PH que va numerada desde 0 hasta 14, 14; en esta escala hay un punto
intermedio de 7,07 que corresponde al agua destilada, o sea, el neutro.
De este punto neutro hacia abajo se encuentran los ácidos a menor numero de
pH, más concentración ácida y los pH superiores indican los alcalinos, a
mayor número de pH, más elevada concentración alcalina.
Materias con un pH de 0,5 o 1 son los ácidos enérgicos como el sulfúrico,
nítrico, clorhídrico, fosfórico, fluorhídrico.
Materias con un pH de 13,5 o 14 son soluciones alcalinas del estilo de la sosa
o potasa cáustica.
8. INDICE DE ACIDEZ:
Entiéndese por número o índice de acidez el número de miligramos de potasa
cáustica (K 0H) necesarios para neutralizar la acidez libre de un gramo de
grasa o aceite.
9. PORCENTAJE EN CENIZAS:
Las impurezas (ceniza y azufre) siempre son indeseables en los aceites. En la
mayor parte de los casos, proceden de los alcalis utilizados en la refinación y
que no han sido después completamente eliminados, o bien provienen de
desprendimiento de impurezas o costras de los conductos por los que atraviesa
durante todo el ciclo.
Los aceites con porcentajes de cenizas superiores a un 0,02% no son
recomendables para lugares finamente ajustados y revolucionados.
10. RESIDUO CARBONOSO
El residuo carbonoso es la tendencia a la formación de carbón en los aceites
que han de trabajar n lugares que, por su alta temperatura se queman.
Los porcentajes de carbón admisibles en los aceites lubricantes son de 0.1
hasta 0.9%.
TIPOS DE ACEITE
Los aceites lubricantes derivados del petróleo están clasificados en una
variedad muy amplia, de acuerdo con el servicio al que se han de aplicar.
Algunos de ellos, se destinan virtualmente a usos especiales, mientras que
otros pueden emplearse con éxito en una variedad tan extensa de maquinaria,
que se convierten en productos de aplicación múltiple.
Nos interesa conocer básicamente lo relativo a las clasificaciones siguientes.
•
•
•
•
•
•
•
Aceites para sistemas de circulación.
Aceites para engranajes.
Aceites para maquinaria o para motores.
Aceites para husillos.
Aceites para refrigeración.
Aceites para cilindros de máquinas a vapor.
Aceites circulatorios
Probablemente son estos los lubricantes de más alta calidad que se pueden
obtener en la actualidad.
•
•
•
•
•
Aceites para lubricación de turbinas de vapor.
Aceites para usos hidráulicos.
Aceites para sistemas circulatorios en trenes de laminación.
Aceites para sistemas circulatorios para maquinaria papelera.
Aceites para servicio pesado, motores de combustión interna.
ELECCION DE UN ACEITE LUBRICANTE EN CUANTO A LA
VISCOSIDAD
Los factores que afectan fundamentalmente la lubricación con un aceite en
cuanto a su viscosidad son:
1. VELOCIDAD:
La velocidad tiende a producir la cuña de aceite que protege los mecanismos,
es decir siempre que la velocidad sea ELEVADA hay una mejor facilidad para
formarse la cuña de aceite y por lo tanto usamos un aceite ligero (de baja
viscosidad). Además existe un menor fricción fluida (la que se forma entre
películas) y una menor pérdida de potencia.
Por el contrario, cuando la velocidad es baja, la deficiencia en la formación de
la cuña de aceite debe ser suplida mediante un aceite más viscoso, es decir que
presente dificultad para romperse la película de aceite.
2. CARGA O PRESION:
Cuando existe una carga pesada, esta tiende a unir las dos superficies en
movimiento. Una mayor viscosidad del lubricante soportará mejor la acción
de esa carga pesada. Por el contrario si se trata de un cojinete pequeño, que
lleva una carga muy pequeña, será indispensable un aceite de baja viscosidad,
para permitir el libre movimiento de las partes y menor pérdida de potencia
por fricción fluida.
3. TEMPERATURA:
La temperatura influye directamente modificando la viscosidad de los aceites.
Todo lubricante al ser calentado sufre una disminución de viscosidad, el
enfriamiento produce el efecto contrario.
Al seleccionar un lubricante deberá tenerse en cuenta la temperatura ambiente
o de operación; si el ambiente es caliente, se deberá emplear un aceite muy
viscoso. Inversamente, si se va a trabajar en ambientes fríos deberá lubricarse
con aceites de baja viscosidad.
GRASAS LUBRICANTES
Las grasas lubricantes son aceites minerales espesados con jabones. El jabón
actúa como base o soporte del aceite.
Tanto las propiedades de la base como del aceite lubricante, así como las
proporciones de cada uno de estos componentes, proporcionan las
características físico-químicas que son las que determinan el uso y
aplicaciones de cada tipo.
CARACTERISTICAS DE LAS GRASAS
Las principales características de las grasas son:
1. CONSISTENCIA:
Es el grado de dureza o resistencia a la penetración. Generalmente depende de
los elementos que la componen, de la cantidad, y del proceso de elaboración.
La consistencia se mide con el Penetrómetro.
El ensayo se reduce a dejar el Penetrómetro sobre la superficie de la grasa, sin
más fuerza que la de su propio peso y durante 25 seg. Se observa en la
carátula lo que ha penetrado en décimas de milímetro. Esta prueba se realiza a
una temperatura estándar de 25ºC.
El peso del Penetrómetro es de 150 gramos de peso.
La A.S.T.M (American Society Testing Materials) Sociedad Americana para
prueba de Materiales, y la NLGI (National Lubricating Grease Institute)
Instituto Nacional de Grasas, determinan la penetración en el siguiente cuadro:
2. ESTABILIDAD:
La estabilidad de una grasa es la constante que determina el comportamiento
del producto en lo referente a la separación del jabón y del aceite ante las
duras agresiones de temperatura, velocidad y presión, que deben soportar
durante su trabajo o bien durante el almacenamiento prolongado.
El fenómeno de no estabilidad se aprecia por la formación de una capa
superficial de aceite líquido sobre la masa total de la grasa. Son poco estables
las grasas a base de calcio.
3. REVERSIBILIDAD:
Se entiende por reversibilidad en una grasa la propiedad de recuperar su
estructura primitiva una vez separados el aceite y el jabón por acción de su
elevada temperatura y velocidad. Es casi una propiedad imprescindible en las
grasas destinadas a la lubricación de rodamientos.
4. PUNTO DE FUSION Y DE GOTA:
Es la temperatura en la cual una grasa deja de compenetrarse como tal y se
transforma en un aceite y un jabón ambos por separado. Si se prosigue
calentando la fluodificación se irá incrementando hasta que se desprenda una
gota.
5. ADHERENCIA O PEGAJOSIDAD:
La adherencia o pegajosidad de una grasa la determina casi exclusivamente la
clase de jabón empleado. Las grasas fibras presentan mayor adherencia que las
mantequillosas.
Esta propiedad es importante cuando se trata de engrasar sistemas muy
revolucionados (giratorios).
OTRAS GRASAS
También existen otras clases de grasas que no son las de aceites minerales
espesados con jabones. Citaremos entre ellas:
A. Grasas fabricadas con lubricantes sintéticos espesados con jabones, o
aceites de siliconas
B. Grasas fabricadas con lubricantes espesados, no con jabones sino con
arcillas coloidales (Bentone).
C. Grasas fabricadas con bisulfuro de molibdeno, grafito, etc.
El empleo de las grasas a base de siliconas va extendiéndose rápidamente a
pesar de su menor capacidad lubricante con respecto a las de aceites
minerales y de su precio muchísimo más elevado, por su perfecto
comportamiento ante la temperatura, la cual no le afecta hasta pasados los
200ºC.
Además, una de las propiedades más interesantes de este tipo de grasas es la
gran diferencia en pérdida de peso con las normales ante un mismo ataque
térmico.
En las grasas de muy buena calidad elaboradas a base de aceites minerales, la
pérdida de peso experimentado al exponerlas a una temperatura de 65ºC
durante cuarenta horas, es de un 35 a un 40% mientras que la misma
experiencia realizada con las de siliconas da un valor oscilante alrededor del
4%.
SELECCIÓN DE LUBRICANTES
ACEITE CONTRA GRASAS:
El uso de uno u otro dependerá más o menos, del diseño del cojinete, de las
condiciones de trabajo y del tipo de máquina que se va a lubricar.
VENTAJAS DE LAS GRASAS
1. La frecuencia de lubricación es usualmente menor cuando se usa grasa que
cuando se usa aceite. Esto hace a la grasa ideal para puntos de lubricación
de difícil acceso.
2. La grasa es menos propensa a derramarse del alojamiento de un cojinete,
por su naturaleza plástica, especialmente en lugares poco cubiertos.
3. Usualmente se necesita menos grasa para la buena lubricación de un
cojinete que la que se necesitaría en el caso de usarse aceite.
4. La grasa actúa como un sello contra el polvo, la suciedad y el agua.
VENTAJAS DE LOS ACEITES:
1. El aceite se adapta más a todas las partes de una máquina, como cojinetes
engranajes y correderas.
2. El aceite es más fácil de manipular en el vaciado y llenado de cárteres o
depósitos cerrados. Por ejemplo: Caja de velocidades.
3. Es más fácil controlar la cantidad correcta de lubricante en un cojinete
cuando se utiliza aceite.
4. El aceite es más adecuado para una escala amplia de temperatura y
condiciones de operación. Si debido a las altas temperaturas de operación
se requiere el enfriamiento del aceite podemos usar un sistema circulatorio
de aceite, o serpentines de enfriamiento.
5. Los aceites ofrecen una escala más amplia de viscosidad a elegir para un
campo más amplio de velocidades y cargas a soportar que con las grasas.
6. Es posible un campo más amplio de elección de métodos de aplicación con
el aceite que con las grasas.
En la siguiente grafica se indica la cantidad de aceite o grasa a suministrar
cuando se trata de lubricar rodamientos.
Cuando se utiliza aceite, el nivel del aceite debe llegar hasta la mitad del
rodillo o bola mas baja.
Si se utiliza grasa se aplica una cantidad aproximada de ¼ a 1/3 del volumen
de la cavidad disponible.
LUBRICANTES SOLIDOS
En muchas aplicaciones no se pueden utilizar grasas o aceites, ya sea por la
dificultad de aplicarlos, por problemas de sellado o por condiciones
ambientales desfavorables. Por lo tanto, ha sido necesario desarrollar una
serie de lubricantes sólidos de baja fricción, tal como el Bisulfuro de
Molibdeno (Mo S2), que previenen el desgaste y que mantienen una película
más o menos permanente enlazada a las superficies metálicas.
Son utilizados como lubricantes sólidos, entre otros, el Bisulfuro de
Molibdeno, el grafito, bentonitas, el talco, greda (con base silicosa), óxido de
Zinc (Zn O2) y otros.
GRAFITO:
El grafito coloidal de horno elétrico, se ha venido utilizando por su gran
untuosidad, para resolver problemas de lubricación que sin él se consideraban
insalvables, tal como la lubricación seca a temperaturas extremas, separación
de moldes, etc.
El grafito tiene gran dispersabilidad en un gran número de líquidos, una alta
resistencia a la oxidación a elevadas temperaturas, es inatacable por ácidos y
alcalinos y tiene idéntica polaridad en todas las partículas cargadas
eléctricamente.
Además no se dilata por el calor, es adhesivo a las superficies metálicas y es
buen conductor del calor y de la electricidad. El grafito puede ser natural o
artificial. Cuando se utilice el grafito en dispersiones debe tenerse en cuenta,
hacerlo con un criterio autorizado o consultar a la casa suministradora para
que ella instruya convenientemente, pues aquí, más que en cualquier otra
modalidad de lubricación, los errores pueden ser muy perjudiciales, ya que el
medio dispersante a utilizar varía considerablemente.
Tales dispersores generalmente son el agua destilada, el aceite mineral, el
aceite de recino, los lubricantes y resinas sintéticas, naftas, octano, eptano,
etc., añadiéndoseles el grafito, en diferentes proporciones.
BISULFURO DE MOLIBDENO:
El bisulfuro de molibdeno como lubricante se viene utilizando desde el año
1950, en el que se descubrió que reunía muchas de las cualidades del
lubricante ideal.
El bisulfuro de molibdeno es resistente al ataque de muchos ácidos, es atacado
por el agua regia, ácido clorhídrico hirviente (CIH). No es magnético, es semiaislante.
El lubricante seco solamente se utiliza con resultados satisfactorios cuando,
por razones de extremas temperaturas, altas o bajas, no pueden mantenerse
películas líquidas y en atmósferas polvorientas, donde las películas líquida no
resultan convenientes, así como en mecanismos de altísima precisión cuyas
piezas están montadas sin juego, o donde haya peligro de deterioro de
películas líquidas que pudieran alterar movimientos en aparatos ultrasensibles.
Sin embargo, sus mejores resultados, tanto técnicos como comerciales los da
cuando trabaja disuelto por una serie de solventes específicos para cada clase
de trabajo a desempeñar.
Estos productos los cuales se ha aditivado el bisulfuro de molibdeno
generalmente son: Fluidos minerales, aceites sintéticos, siliconas, grasas,
consistentes de litio, resinas sintéticas, disolventes orgánicos y resinas
termoplásticas.
Las condiciones y características que lo distinguen de los aceites lubricantes
convencionales, son las siguientes:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Adherencia tenaz.
Aumento de la capacidad de carga.
Disminución del desgaste.
Protección en el arranque en frío.
Disminución de temperaturas operacionales.
Absorción de impactos y vibraciones.
APLICACIONES DEL BISULFURO DE MOLIBDENO
Entre las aplicaciones donde el bisulfuro de molibdeno se considera superior a
cualquier otro lubricante, pueden citarse:
1. Cojinetes plásticos.
2. Ambientales polvorientos y abrasivos.
3. Estirado de alambres, perfiles y tubos en siderúrgica.
4. Uniones roscadas, válvulas y husillos en aparatos de oxígeno y nitrógeno
líquido.
5. Como lubricante en el vacío.
6. Aditivo o grasa como solución de severos problemas de desgastes en partes
vitales de aviones y ferrocarriles.
7. Ventiladores expuestos a altas temperaturas, empaquetaduras de asbesto de
tubos, puestas de caldera, industrias cementeras en especial.
8. Montaje en general de trituradores de piedras, molinos, prensas, rodillos de
tractores, chumaceras, engranajes, pernos, tuercas, sin- fines, pasadores,
bombas, ejes, turbinas.
9. Industrias pesadas o livianas donde existan problemas de fuertes cargas,
extrema temperatura, ambientes corrosivos y severos desgastes.
10. Cojinetes de laminadores.
TABLA LUBRICANTES SOLIDOS
PRODUCTOS
CUALIDADES Y
CARACTERISTICAS
ADAPTABILIDAD
DEL SERVICIO DE
LUBRICACION
BENTONITAS
Se producen por la reacción
de hidrosilicato de magnesio
aluminio o barro bentonítico
con una sal amoniacal.
Sus características son:
Estabilidad a temperaturas
altas, resistencia al agua; no se
licúan.
Efectiva en combinación
con grasa derivadas del
petróleo. Se preparan
mediante un proceso de
gelatinización. No se
emplea jabón. Es muy
adecuada para servicio a
temperaturas altas y
contenido de agua
excesivo.
GREDA
(O arcilla de Betan)
Con base silicosa división
fina.
Puede aplicarse seca o
mezclada con agua, aceite
ligero o grasa. Es efectiva
para retardar la corrosión
fricción. Resistente a altas
temperaturas hasta de
unos 700ºF.
GRAFITO
Extraído del coque o del
carbón de antracita. Molido
hasta obtener grafito coloidal
utilizable en la lubricación.
Su naturaleza escamosa en
forma de laminillas agrupadas
una sobre la otra, produce el
efecto lubricante al deslizarse
estas laminillas una sobre otras
durante el movimiento.
BISULFURO DE
MOLIBDENO
Estable en altas temperaturas.
Tiene buena tenacidad
superficial. Su coeficiente de
fricción es bajo.
Puede emplearse seco o
mezclado con aceite o
grasa. Su inercia química
lo capacita para trabajar
en donde se requiere una
alta estabilidad térmica.
La temperatura máxima
a la que se puede usar es
aproximadamente
1.500ºF.
Es efectivo para reducir
la fricción en altas velocidades de deslizamiento.
Puede ser mezclado con
algún solvente para aplicarlo a las partes que han
de ser lubricadas. Para
los mejores resultados de
un lubricante quimicamente activo de este tipo,
las superficies del metal
deben mantenerse limpias
MICA
Un mineral natural que es
finamente pulverizado.
puede usarse igual que el
talco, como material de
pulimiento para obtener
superficies de acabado fino en partes de máquinas.
Algunas veces se agregan
a ciertos lubricantes como
material de relleno o para
aumentar la viscosidad.
TALCO
Esteatita pulverizada
Se usa como material de
pulimiento para el acabado de superficies en partes
de máquinas.
OXIDO DE ZINC
(ZnO2)
De color blanco. Partículas
muy pequeñas de polvo no
requiere molienda. Tiene un
Se emplea como un elemento componente en el
aceite mineral que se usa
coeficiente de fricción baja.
en la lubricación de partes
en donde se manejan
productos expuestos a
descomposición como son
el manejo y manufactura
de productos alimenticios
y carnes.
ADITIVOS:
Los lubricantes modernos contienen cada vez y más frecuentemente pequeñas
cantidades de sustancias químicas
llamadas aditivos, entre los cuales
podemos mencionar: Aditivos para elevar el índice de viscosidad, aumentar la
resistencia a la oxidación, dar propiedades detergentes, incrementar la
resistencia de la película lubricante, dar productos de extrema presión,
cambiar el color, bajar el punto de congelación etc. Son elaborados
normalmente para llenar ciertos requerimientos de lubricación, en general son
más caros que los aceites minerales puros y no se justifica su uso salvo que las
condiciones de operación sean tales que requieran el uso de estos aditivos.
IMPOTANTE:
Por ser los aditivos compuestos químicos pueden producir efectos
adversos, que deben conocerlos quien los vaya a utilizar, su
desconocimiento uede llegar a causar daños graves en los mecanismos o
en el lubricante.
Si se tiene en su uso conviene consultar el servicio técnico de la casa que
distribuye los aditivos.
CLASES DE ADITIVOS:
Los aditivos pueden dividirse en dos grandes grupos, según los efectos que
producen.
1. Inhibidores:
Destinados a retardar la degradación del aceite, actuando como detergente,
dispersante, antioxidantes y anticorrosivos.
2. Aditivos mejoradores:
De las cualidades básicas físicas, con acción sobre el índice de viscosidad, el
punto mínimo de fluidez, el poder antiespumante, la untuosidad, la extrema
presión y la rigidez dieléctrica, aumento del punto de inflamación y reducción
del pùnto de congelación entre otras.
Lo anterior significa que para conseguir cada cualidad sea preciso adicionar el
aditivo correspondiente, ya que en el mercado existen productos que pueden
proporcionar varias ventajas simultáneamente.
Nunca es recomendable adicionar a un mismo tiempo un aceite con varios
aditivos, a no ser que la casa fabricante lo recomiende, evitándose además
mezclar aditivos de diferentes casas fabricantes.
EJEMPLOS DE ADITIVOS USADOS EN EL PETRÓLEO COMBUSTIBLE
RESIDUAL:
TIPO ADITIVO
COMPOSICIÓN
QUÍMICA
MOTIVOS PARA USO
Inhibidor de corrosión.
Naftenatos metálicos.
Reduce corrosión y formación
de depósitos.
Dispersante.
Naftenatos de alquil.
Para dispersar el lodo.
Agente superficial activo.
Jabones de amoniaco.
Suspende el agua en el aceite.
Agente anti-escorificador.
Oxidos metálicos.
Limpia paredes, hornos y
turbinas.
Mejorador de combustión.
Acetilos metálicos.
Cataliza la combustión.
EJEMPLOS DE ADITIVOS USADOS EN LAS GRASAS LUBRICANTES
TIPO ADITIVO
COMPOSICIÓN
QUÍMICA
OBJETO
Agente espesador.
Jabones metálicos.
Retiene fluidos por absorción
Materiales de relleno.
Oxidos metálicos.
Aumenta volumen de la grasa
Inhibidor de oxidación.
Fenil-beta-naftilamino.
Impide la oxidación.
Desactivador metálico.
Mercaptobenzotiazolo.
Impide efectos catalíticos de
metales.
Inhibidor de corrosión.
Sulfonato de amoniaco
dionil naftaleno.
Suspende la corrosión.
Agente antidesgaste.
Bisulfuro de dibensilo.
Reduce desgaste.
Agente contra presiones
extremas.
Caras clorinadas
Naftenato de plomo.
Reduce fricción.
Mejorador de punto
de goteo.
Jabones grasos.
Aumenta el punto de goteo.
Estabilizador.
Esteres de ácidos grasos.
Aumenta temperatura para
el uso.
Agente espesador.
Polibutilenos.
Suministra adhesividad en
superficies metálicas.
EJEMPLOS DE ADITIVOS USADOS EN ACEITES LUBRICANTES
TIPO ADITIVO
Mejorar índice de viscosidad.
COMPOSICIÓN
QUÍMICA
Polímeros de metacrilatos.
OBJETO
Reduce actividad en
el cambio de viscosidad con la
temperatura.
Deprimento punto de fluidez.
Naftalena alquilatada.
Reduce el punto de
fluidez del aceite.
Detergente dispersante.
Productos de alguil P2 S5
sulfonatos de metal,
alquilpoliámido, fenolatos de
aquil metálico.
Conserva los insolubles en suspensión,
mantiene limpieza.
Inhibidor de oxidación.
Diaquilditiofosfato de Zinc.
Demora la oxidación
en aceites.
Inhibidor de herrumbre.
Alquilaminos.
Impide herrumbre en
metales ferrosos
adhesión.
Inhibidor de corrosión.
Sulfonatos básicos de
metales.
Impide ataque de
materiales ácidos a
metal.
Agente contra presiones
extremas.
Olefinos sulfurados.
Parafinas clorinadas.
Impide se adhieran
las superficies
metálicas.
Inhibidor de espuma.
Polimero de silixón.
Reduce tendencia a
formar espuma.
Agente anti rayado y
antidesgaste.
Sales metálicas de fosfato
de aquil ácido.
Sumisnistra pulido
químico y reduce
desgaste.
APLICACIÓN DE LOS LUBRICANTES
Daremos una idea de cómo se aplican los lubricantes en los diferentes órganos
o partes de mecanismos que están en movimiento y cómo funciona cada
método.
Aplicaciones de los aceites
a. Lubricación por goteo.
Consiste en un recipiente de forma de botella invertido, con su cuello
roscado para mantenerlo encima de órgano que se va a lubricar.
Un árbol metálico o émbolo alimenta el aceite del recipiente al eje que va
a lubricar.
Una precaución que se debe tener con este sistema es la de no llenar
completamente la botella de aceite. Una botella llena no contiene aire que
haga bajar el aceite.
Como se ve en la figura, este sistema de lubricación se usa únicamente
para soportes horizontales. Tampoco se usa para lubricar órganos
expuestos a altas temperaturas y altas velocidades.
Este sistema es apto para órganos que necesitan poca lubricación y para
transmisiones situadas en lo alto, de difícil alcance para la relubricación.
b. Lubricación con mecha.
Este sistema de lubricación aplicación aplica el principio de la capilaridad
de un material poroso tal como el cordón de tela o estopa.
Funcionamiento:
El aceite es absorbido por la mecha y ésta lo deposita en el órgano que se
quiere lubricar. Un extremo de la mecha está sumergido en el aceite, que
también se encuentra en un fracaso invertido, y la otra se pone en contacto
con el órgano en movimiento, que va a lubricar.
La cantidad de aceite se regula hallando el numero de mechas y variando
la altura entre el nivel de aceite en el recipiente y el extremo opuesto de la
mecha.
Cuando el mecanismo a lubricar se para, el flujo de aceite también debe
detenerse para prevenir excesiva lubricación y desperdicio de lubricante.
Para detener el flujo de aceite se saca el extremo superior de la mecha del
aceite. Sin embargo el aceite seguirá fluyendo hasta que la mecha se
seque.
Es importante conocer el tipo de mecha adecuada. La mecha de estopa es
mejor que la de algodón.
c. Lubricación alimentada por goteo.
Un suministrador de lubricante de alimentación a la vista estándar para
ser utilizado en aplicaciones en las que la bancada a ser aceitada está a
presión atmosférica. Nótese que el orificio para el llenado con aceite es
una simple pieza de metal que se desliza hacia la abertura.
Un suministrador de lubricante de alimentación a la vista estándar para
ser utilizado en aplicaciones en las que la bancada a ser aceitada está a
presión atmosférica. Nótese que el orificio para el llenado con aceite es
una simple pieza de metal que se desliza hacia la abertura.
Este sistema de lubricación es muy usado en todos los tipos de maquinaria
para lubricar engranajes, ejes, cadenas, etc.
En la lubricación por goteo el flujo se regula por medio de una válvula de
aguja graduable. Una palanquita situada encima del recipiente permite
poner en marcha la lubricación o detenerla.
La porción transparente en la base de la aceitera permite un chequeo visual
del flujo de aceite en el mecanismo a lubricar.
El flujo debe chequearse después del servicio para estar seguro de que se
mantiene el suministro adecuado.
La lubricación por goteo tiene algunas desventajas:
1. La cantidad de aceite suministrado varía con el nivel de aceite y con la
temperatura de éste en el recipiente.
2. La regulación de la válvula de aguja puede alterarse incluso obstruirse a
causa de partículas extrañas.
3. La lubricación por goteo requiere considerable atención en el llenado y
regulación del flujo de aceite.
El tornillo de regulación de suministro de aceite ha sido desenroscado,
dejando al descubierto la parte superior del eje de la válvula de agujas
principal y del resorte. El resorte mantiene la tensión sobre el eje de la
válvula de agujas realizando un movimiento hacia abajo cuando el
suministrador se apaga. También sirve para sostener al eje firmemente
cuando el mismo es levantado de su asiento durante la operación. El
ajuste del tornillo determina la abertura de la válvula de agujas y por lo
tanto la cantidad de aceite que se puede escapar.
El tornillo de regulación de suministro de aceite y el eje se muestran en
una posición de funcionamiento normal. La palanca de bronce en la
parte superior está hacia arriba, como se ve, para levantar el eje y
permitir el paso de aceite a través de la abertura de la válvula de agujas
situada en la parte de abajo del depósito. Cuando la palanca se gira a
90 grados, el eje baja y la válvula cierra el paso de aceite. Se agrega un
brazo a esta palanca entre los trinquetes que apuntan a la izquierda el
cual se sostiene con un pasador de chaveta. Este tipo de palanca se usó
en el Oldsmobile modelo Tablero Curvo y en el Reo monocilíndrico. Los
distintos fabricantes utilizaron muchos tipos de palancas.
Aquí se muestran juntos los dos tipos diferentes de suministradores de
lubricante de alimentación a la vista sin el tubo del depósito de vidrio. El
tubo ecualizador se ve claramente en el suministrador de la izquierda.
La parte inferior de un suministrador de alimentación a la vista muestra
el tapón que sostiene a la bola de la válvula de control en su lugar.
Este tapón especial se atornilla en el lugar y permite cierta regulación
con respecto a la cantidad de movimiento que la bola tiene en el interior
del área de la válvula.
Otro diseño utiliza un cable simple, colocado de forma transversal en la
parte inferior, para evitar que la bola se caiga. En todos los casos la
presión en el cárter “sopla” a la bola hacia arriba para sellar la abertura.
Cuando la presión cae, la bola cae, (abriendo el pasaje) permitiendo que
el aceite corra.
Nótese que la bola sella sólo cuando es empujada hacia arriba. Cuando
la bola cae, el asiento de abajo tiene unos cortes en muescas para evitar
que la bola impida el pasaje de aceite. El diseño de frenado con cable,
por su configuración natural, no permite que la bola selle la salida.
Un vistazo de los componentes de la válvula de control del suministrador
de lubricante de alimentación a la vista. La bola de acero, en este
suministrador de un Oldsmobile monocilíndrico, tiene un diámetro de
¼”. La abertura, en la que se encuentra la bola, tiene un diámetro de
3/8”. La bola se puede mover hacia abajo y hacia arriba
aproximadamente un cuarto de pulgada, lo cual significa que la abertura
entre el asiento de la parte superior de la bola y el descanso en la base
es de aprox. una pulgada y media. Bolas de diferentes diámetros
requerirán más o menos espacio para el movimiento vertical. La
cantidad exacta de movimiento no es un punto esencial.
El “asiento” a rosca de la derecha tiene una ranura que lo atraviesa (no
visible) para permitir el paso de aceite cuando la bola descansa contra
él.
Ilustración de catálogo del corte de una válvula de control comercial. Es
de un folleto de la Essex Lubricator Company (Compañía de
Suministradores de Lubricante Essex) de 1922
La terminación “tubular” del suministrador de lubricante de alimentación
a la vista con su ventana de vidrio para observar el ritmo del aceite que
gotea
Se muestra claramente una vista lateral del tapón a rosca de la parte
inferior
La válvula de control de alimentación de aceite Maxwell, que se muestra
desarmada, está situada en las cabezas de los cilindros
Cuerpo
Pasaje de aceite hacia la cámara de
la válvula de control.
Filetes de rosca en el tubo
La bola de verificación de ¼” de
diámetro se puede mover hasta ¼”
Hacer un orificio de 3/16” e insertar
una espiga
Orificio perforado hasta aprox. 3/8”.
Cable para mantener la bola en la
base. Típico el cable de 3/16”.
Un boceto para mostrar cómo se puede agregar una válvula de control a
la parte inferior de un alimentador.
d. Lubricación por anillo.
Este sistema consiste en que uno o mas anillos giran alrededor del árbol a
lubricar, de diámetro muy superior al eje, al tiempo que pasa por el
deposito de aceite, situado debajo del árbol.
El árbol tiene en su periferia una ranura sobre la cual el anillo se aloja y
gira.
Como el anillo rota este arrastra el aceite del recipiente. El aceite se
deposita en la parte alta del eje, repartiéndose por toda la superficie.
USOS:
Se usa el sistema de anillos en ejes horizontales, como líneas de
transmisión, motores eléctricos y generadores, pequeñas turbinas de vapor,
máquina de vapor, en chumaceras de compresores de aire y en maquinas
de refrigeración.
VENTAJAS:
La ventaja particular de este sistema de lubricación es la de suministrar
automáticamente una gran cantidad de aceite al árbol de rotación. Esto
mientras halla suficiente lubricante en el deposito y mientras el anillo o
anillos puedan girar libremente y distribuir el aceite al eje.
El numero de anillos depende del tamaño del soporte. La lubricación por
anillos, no se puede usar en ejes que van a alta velocidad, porque el anillo
podría patinar y no arrastrar buena cantidad de aceite produciendo una
mala lubricación.
e. Lubricación por cadena.
Es una adaptación de la lubricación por anillo; en este caso se usa una cadena
que reemplaza los anillos.
La flexibilidad de la cadena le permite tener mayor superficie de contacto con
el eje que va a lubricar. En consecuencia la cadena suministrada más cantidad
de aceite a bajas velocidades.
Recomendaciones:
Periódicamente debe chequearse el nivel del aceite del cojinete donde están
alojados los anillos o cadenas, para permitir que éstos se sumerjan
adecuadamente en el aceite.
El aceite del recipiente debe estar siempre limpio y libre de contaminaciones.
f. Lubricación por baño:
En la lubricación por baño el cojinete está girando en contacto con el eje
en un baño de aceite.
Este tipo de lubricación es muy económico y no requiere más atención que
la inspección regular del correcto nivel de aceite y un periódico lavado y
llenado de aceite.
Precauciones:
Cuando el cojinete contiene bolas o rodillos se debe tener en cuenta
que la bola o el rodillo debe estar sumergido 1/3 o ½ de su altura en el
aceite.
Un nivel alto de aceite produce escapes y un aumento de temperatura
en el cojinete.
Si el nivel de aceite es inferior al normal, se produce como es natural,
mala lubricación.
g. Lubricación por salpicadura.
Las partes en movimiento en el recipiente y salpican el aceite contra el
cojinete y las piezas que pasan por él, tales como tuberías por las cuales
éste fluye por gravedad a las diferentes partes que requieren lubricación.
precauciones:
Aquí también se requiere un nivel de aceite cuidadoso mantenido.
Un cambio periódico del aceite nos proporciona buena lubricación con un
aceite limpio.
El cambio del aceite depende de las condiciones de operación y
localización del equipo.
El aceite debe cambiarse con más frecuencia en lugares polvorientos o
sucios que en lugares limpios.
Usos:
El sistema de lubricación por salpique se usa para mecanismos que tengan
manivelas u otras partes en movimiento encerradas en cárter hermético
que sirve de recipientes para el aceite.
Las máquinas que tienen estos mecanismos y este sistema de lubricación
son: Compresores de aire, compresores para refrigeración y máquinas de
vapor.
Todos los sistemas anteriormente estudiados se usan para uno o varios
cojinetes; todos ellos son de realizar a mano o semi- automáticamente.
Cuando lubricamos por alguno de éstos métodos se necesita tiempo y
atención. Cuantos más cojinetes tiene un mecanismo, se requiere más
relubricación.
SISTEMA DE LUBRICACION CENTRALIZADOS
Sistema de lubricación forzada
El sistema de lubricación centralizado suministra un control de la cantidad de
lubricante dad a cada uno de los órganos de una máquina.
La finalidad es suprimir la lubricación a mano o por gravedad. Este sistema
reduce costos de mantenimiento. Hay tres tipos de lubricación centralizada.
Sistema de una sola presión
Con una sola presión del mango de la bomba es suficiente para una correcta
lubricación; es operado a mano.
Composición del sistema
Consiste en un recipiente, una bomba, válvulas contadoras de aceite y de una
línea distribuidora con válvulas contadoras en cada punto de lubricación.
Funcionamiento del sistema
Cuando se opera la bomba, el aceite se reparte a presión por la línea de
distribución.
Cuando el aceite alcanza cierta presión, el cheque de cada válvula salta
permitiendo el paso del lubricante a todos los puntos de lubricación.
Después de que todos los contadores han dejado pasar la cantidad requerida, la
línea de presión deja de enviar aceite, y el sistema queda listo para el próximo
ciclo de lubricación.
En algunas instalaciones la presión de un manómetro nos muestra cualquier
cambio de presión en la línea y nos indica, cuando se ha terminado la
lubricación.
Las válvulas contadoras pueden ajustarse a la cantidad correcta de aceite, que
requiere cada órgano a lubricar. Este sistema requiere un mínimo de
mantenimiento.
Es muy utilizado el sistema de lubricación forzado bien sea por accionamiento
manual o mecánico.
Lubricación mecánica.
La lubricación mecánica es quizá el sistema más usado entre los automáticos.
La mayoría de los grandes compresores son de lubricación completamente
automática.
La parte central de un lubricador mecánico consiste de un recipiente,
localizado en un punto conveniente junto a la máquina a lubricar. Dentro del
recipiente hay una serie de bombas de émbolo.
Manejo:
Todas las partes individuales se operan con el mismo eje leva. En la carrera
descendente del émbolo primario el aceite se aspira a través del filtro colocado
en el fondo del recipiente en el émbolo primario.
Cuando el émbolo primario se mueve hacia arriba, el aceite pasa a través del
tubo cuenta- gotas o de alimentación visible, para seguir luego por la válvula
de esfera hacia la chumacera u órgano a lubricar.
El lubricador puede ser accionado por un motor, por un árbol en rotación o por
un mecanismo recíproco de la misma máquina.
Con este sistema es muy poco el aceite desperdiciado.
En la mayoría de los casos el lubricador no trabaja cuando la máquina está
fuera de servicio, sin que haya aceite perdido en este período.
Precauciones:
Este sistema requiere la mínima atención, excepto la de tener una correcta
regulación del aceite y la de llenar el recipiente cuando sea necesario.
El aceite se regula por medio del tornillo de regulación de alimentación.
Girando este tornillo se cambia la carrera del émbolo primario.
Sistema de lubricación por gravedad.
La lubricación por gravedad se usa cuando se necesita suministrar gran
cantidad de aceite con el fin de lubricar y refrigerar.
También se usa cuando las condiciones de operación hacen necesario proveer
un flujo que actúa dentro de los soportes o chumaceras para remover toda
partícula de metal, arena y lodo, que a menudo depositan en los soportes de
los órganos en movimiento.
Funcionamiento:
Este se basa en la Ley de la Gravedad para conducir el aceite desde un
recipiente hasta las partes que se van a lubricar. La alimentación por gravedad
suministra un flujo continuo de aceite a los cojinetes.
El aceite sobrante de la lubricación cae al fondo de la unidad de lubricación y
desde allí se bombea al recipiente de almacenamiento y suministro.
Este es el sistema más simple de lubricación por gravedad.
SISTEMA
AUTOMATICO
DE
(APLICACIÓN DE NIEBLA PURA)
APLICACIÓN
DE
ACEITE
APLICACIÓN DE LAS GRASAS
Las grasas pueden suministrarse a los soportes, chumaceras, rodamientos, etc.,
de diferentes maneras. Estos métodos van desde la aplicación manual en su
forma simple al sistema centralizado y completamente automático.
• Aplicación manual:
Este sistema simple de engrase, se usa para proteger los cojinetes antes de
usarse, o para relubricarlos.
Desventajas:
El engrase a mano tiene la desventaja de desperdiciarse mucha grasa,
dando lugar a que se adhiera a ella polvo y partículas extrañas que
fácilmente penetran al cojinete. Sin embargo, el engrase a mano es algunas
veces el único método que puede usarse.
• Copa de presión para grasa.
Este sistema de engrase se usa más que el anterior en ciertos tipos de
máquinas atornillado directamente en el cojinete.
Para llenar la copa se desenrosca y se llena a presión, luego se rosca poco a
medida que se va consumiendo la grasa en la lubricación, se va roscando
más la copa para que la grasa se vea forzada a bajar al cojinete.
La copa debe llenarse cuando toda la rosca se haya introducido en la base,
es decir, que ya no se disponga de más rosca para introducir.
La rata de lubricación usualmente se especifica en un cierto número de
vueltas roscadas de la copa, por hora o por día, o en otra unidad de tiempo.
Aún cuando este sistema es más ventajoso que el de engrase a mano, no
suministra mucha eficiencia y requiere frecuente atención.
Funcionamiento:
Consiste en un recipiente lleno de grasa, y un resorte con un empaque de
cuero que sirve de émbolo ejerciendo fuerza contra la grasa, que la hace
alojar en el cojinete. En la parte superior del tornillo que guía el resorte,
está localizado un sistema de trinquete en forma de T, que hace regulable la
presión del resorte y por tanto la cantidad de grasa suministrada.
Si roscamos el trinquete hacia abajo sobre el eje este podría permitir al
resorte forzar el árbol hacia abajo, depositando grasa suavemente en el
cojinete hasta que el empaque complete su recorrido trncándose con la
copa en la parte inferior.
La válvula de tornillo situada en la base del recipiente puede girarse hacia
adentro o hacia fuera según que se quiera tenerla completamente abierta o
cerrada, con el fin de regular el flujo de grasa.
Estas graseras algunas veces se equipan con accesorios de presión que les
permiten llenarse a mano. Ninguna de las graseras automáticas, o del tipo
de compresión, se recomiendan para usarse en otros que tengan altas
temperaturas, porque esto puede afectar la grasa.
ACCESORIOS TIPICOS DE PRESION.
El método de engrase a presión es el más usado.
La grasa se aplica por medio de Instrumentos o accesorios tales como las
graseras.
La grasa se hace introducir en las graseras por medios de engrasadoras de
mano, eléctricas o movidas por aire comprimido.
El tipo de aire comprimido es el que se usa en las estaciones de servicio.
Tipo de grasera llamado de bola, la cual se abre cuando se le inyecta grasa
a presión: una vez que la grasa haya pasado la bola, fluye a la superficie del
cojinete.
Cuando la presión cesa, el resorte regresa la bola y sella la entrada,
evitando que con la grasa pasen partículas extrañas y polvo a los cojinetes.
Estos accesorios de engrase a presión son de diferente forma ajustadas a las
necesidades de diferentes máquinas.
Ventajas de las graseras:
Las graseras son preferibles a las copas de engrase porque presentan las
siguientes ventajas:
1. Con una lubricación a presión, como la suministran las graseras, es
posible limpiar el cojinete de grasa sucia e impurezas.
2. Los accesorios de lubricación a presión dan mejor protección de los
cojinetes contra la entrada de polvo o partículas extrañas.
3. Proporciona una lubricación más eficiente sin desperdicios de grasa.
Por estas razones es más práctico emplear graseras o accesorios de presión,
que las copas de engrase.
SISTEMA DE ENGRASE CENTRALIZADO
Este sistema es muy ventajoso en cuanto nos reduce el tiempo de lubricación y
nos economiza mucha grasa. El sistema de engrase centralizado nos permite
lubricar todos los cojinetes y partes en movimiento mientras la máquina está
en operación.
El sistema centralizado se divide en dos tipos generales: Manual y
completamente automático.
• Sistema de engrase manual.
Este es un sistema particular y tiene válvulas individuales, conectadas a una
línea sencilla a un extremo del sistema, automáticamente suministran a cada
cojinete una determinada cantidad de grasa.
Cada válvula tiene un indicador que le señala al operador cuando la
lubricación es completa.
En la mayoría de los casos, las válvulas pueden enroscarse en los cojinetes
directamente, lo que hace posible un descargue positivo de la grasa en el
cojinete.
El sistema manual de engrase se usa cuando los cojinetes no requieren más de
una o dos lubricadas en una jornada de operación.
• Sistema de engrase totalmente automático.
Este sistema es generalmente empleado donde los cojinetes tienen altas
temperaturas y presiones, y requieren una frecuente aplicación de grasas para
asegurar un buen funcionamiento.
El sistema automático se usa para máquinas mezcladoras, en fábricas de
caucho, plásticos y máquinas de servicio pesado que requieren los mejores
métodos de lubricación para obtener el máximo de producción al mínimo de
tiempo consumido.
Lubricadores automáticos
Algunos ejemplos de aplicaciones:
Perma
Classic.
Engase
Cadenas
Perma Classic.
Engase
Rodamientos
Perma Star.
Engase guías
Perma Classic.
Engase guías con
cepillo
Composición del sistema
El sistema mostrado en la figura de una unidad motor y bomba con dos
tuberías de suministro y una válvula contadora para cada cojinete y partes en
movimiento del equipo. Las dos líneas principales de suministro a través de
cada válvula medidora forman un circuito completo, también reforma a una
válvula hidráulica de control con 4 salidas. La presión del lubricante al final
de su regreso de cualquiera de las líneas del suministro es automáticamente
operado por el reverso de la válvula el flujo de lubricante en la otra línea de
suministro.
Mientras el control de presión esté localizado al final de regreso de la línea de
suministro, la grasa debe primero pasar de todo el sistema y suministrar
suficiente presión para operar las válvulas contadoras, antes de que el flujo
pase a la otra línea de suministro por el reverso de la válvula. Esto significa
que todos los cojinetes deben ser completamente lubricados antes de que la
válvula de inversión indique la finalización del ciclo de lubricación.
La frecuencia de operación de este sistema se hace manualmente o por medio
de un reloj eléctrico, el cual opera el sistema a intervalos determinados.
Este sistema se provee de accesorios de seguridad para que accionen en caso
de descuido o falta de la unidad motor-bomba, o en caso de una rotura de una
línea de suministro.
TARJETAS DE CONTROL PARA LUBRICACION
Finalidad:
Las tarjetas de control para lubricación tienen como finalidad entre otros los
siguientes propósitos:
1. Poder controlar en forma afectiva y sistemática la lubricación de cualquier
máquina.
2. Servir como guía a la persona encargada de realizar la lubricación.
3. Dar la base para la programación de lubricantes y el cálculo de costos.
4. Permitir estandarizar y unificar lubricantes en una empresa.
5. Mantener un stock de lubricantes.
6. Evitar la utilización de lubricantes no adecuados.
7. Valorar el tiempo y la mano de obra para la lubricación.
8. Ser base fundamental del mantenimiento preventivo.
9. Facilitar la capacitación de personal nuevo para la lubricación.
Partes de que consta una tarjeta tipo. Hoja de Vida
1. Nombre de la empresa.
2. Departamento. Primer nivel orgánico de la empresa ( por ejemplo el
departamento de producción)
3. Sección. Segundo nivel orgánico de la empresa (por ejemplo la sección de
mecanizado)
4. Máquina. Nombre de la máquina y marca de fabricación (por ejemplo
Torno Colchester Student 2.000)
5. Número. Dato dado por la placa de identificación de la máquina o del
motor.
6. Código. Referencia interna de la máquina dada por la empresa teniendo
como base la ruta de inspección de acuerdo a la distribución de planta.
7. Fecha. Cuando se inicia el proceso de implantación de la tarjeta control en
la máquina.
8. Puntos de lubricación. Tomados del esquema de la máquina, nos describe
el órgano esencial a lubricar determinado por el fabricante de máquina y lo
identifica por medio de un número.
9. Aceite-grasa. En el recuadro se nombra el lubricante y su marca según
corresponda aceite o grasa.
10. Frecuencia. Nos indica la periodicidad con que se debe cambiar y rellenar
cada punto de lubricación, tomando como base los datos del fabricante o en
su defecto determinado por un estudio técnico de lubricación.
11. Cantidad. Nos indica el volumen o peso según corresponda aceite o grasa,
para una lubricación eficiente.
Cuando el fabricante de la máquina lo especifica se toma este dato como
base, o si no se obtiene tomando como promedio varias aplicaciones en el
mismo órgano.
12. Observaciones. En ese cuadro se distribuirán las posibles sugerencias o
cuidados a tener en la lubricación de cada punto.
13. Control. Hojas desprendibles elaboradas por mes (1 a 31 días) para que el
lubricador marque con una X el recuadro correspondiente después de
realizada la operación de lubricación y para que el departamento de
mantenimiento lleve un control de la cantidad y costo del lubricante así
como el tiempo y costo de la mano de obra.
Terminando el mes esa hoja se procesa y archiva en el departamento de
mantenimiento. Los datos obtenidos del desprendible son la base del
cálculo
de costos y de las programaciones futuras, así como la
determinación de un presupuesto real.
NOTA: En algunas empresas la tarjeta de control para lubricación es
mantenida dentro de una bolsa plástica con ventajas que facilita al
lubricar la marcación en el casillero de control, además la tarjeta se
mantiene en cada máquina.
GUIA DE LUBRICACION
= Diario
ROJO = Aceitar
= Semanal
AZUL = Engrasar
= Mensual
= Semestral
VERDE = Inspeccionar
Ajustar
Controlar
AMARILLO = Verificar
ENGRASAR CADA SEMANA
COMPROBAR NIVEL Y
RELLENAR CADA SEMANA
SÍMBOLOS DE LA FRECUENCIA DE LUBRICACION
SIMBOLO
FRECUENCIA
SIMBOLO
FRECUENCIA
CADA TURNO
MENSUAL
DIARIO
BIMENSUAL
CADA DOS DIAS
TRIMESTRAL
DOS VECES EN
LA SEMANA
SEMESTRAL
SEMANAL
ANUAL
QUINCENAL
OPERACIONES
PASOS
1. Localizar máquina a lubricar.
Identificar código de la máquina
2. Revisar tarjeta guía.
Revisar puntos a lubricar
Revisar frecuencia de lubricación
Revisar lubricantes a aplicar
Revisar modos de aplicación
3. Preparar material.
Seleccionar lubricantes
(aceites y grasas)
Seleccionar equipo de lubricación
(grasera, inyectores)
Seleccionar herramientas de trabajo
(llaves, destornilladores)
Seleccionar elementos de trabajo
(bayetilla, aceite, detergente)
4. Aplicar lubricante.
Revisar estado de aceiteras y grasas
Aplicar aceite o grasa según lo
especificado en la tarjeta guía
5. Cambiar aceite.
a. Drenar depósito.
1. Colocar recipiente para recoger
aceite.
2. Retirar tapón de drenaje
3. Colocar tapón de drenaje
b. Lavar depósito.
Aplicar aceite detergente
Encender brevemente la máquina
Apagar máquina
Retirar tapón de drenaje
Drenar el aceite detergente
Colocar tapón de drenaje
c. Aplicar aceite.
Retirar tapa de entrada
Aplicar aceirte nuevo hasta el
nivel de referencia
Colocar tapa de entrada
Encender máquina
Verificar nivel
6. Observar fugas.
7. Retirar grasa.
(SI ES NECESARIO)
Retire carcaza de protección
Retirar grasa de los mecanismos
Observar estado de los mecanismos
8. Limpiar mecanismos.
Limpiar mecanismos (A.C.P.M.
detergente especial).
(En algunos casos retirar engranajes
para mayor limpieza)
9. Aplicar grasa nueva
Aplicar grasa(Inyectada, untada
según mecanismo)
Colocar carcaza de protección
Verificar funcionamiento máquina,
(ruidos, temperatura).
10. Llenar tarjeta guía
Anotar aceites aplicados.
Anotar grasa aplicada.
Anotar fecha de la lubricación.
Anotar código del lubricador.
BIBLIOGRAFÍA
• ELEMENTOS DE MAQUINAS, Lubricación de maquinarias, SENA.
1985.
• TRIBOLOGIA Y LUBRICACIÓN INDUSTRIAL Y AUTOMOTRIZ.
Albarracin Pedro. Tomo 1, segunda edición.
• MECANICA DE FLUIDOS. Mott. Ed. Prentice Hall.
• FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. Groover, J:P.
Ed. Prentice Hall.