Qué es la lubricación?
Cualquier procedimiento que reduzca la fricción
entre dos superficies móviles es denominado lubricación. Cualquier material utilizado para este propósito es
conocido como lubricante.
Cómo reduce la fricción el lubricante?
La
principal función de un lubricante es proveer
una película para separar las superficies y hacer el movimiento más fácil. En
un modelo donde un líquido actúa como
lubricante, el líquido se comporta formando una película en las dos superficies
externas, superior e inferior, adheridas firmemente. A medida que una de las
superficies se mueva sobre la otra, las capas externas del lubricante
permanecen adheridas a las superficies mientras que las capas internas son
forzadas a deslizarse una sobre otra. La resistencia al movimiento no está gobernada
por la fuerza requerida para separar las rugosidades de las dos superficies
y poder moverse. En su lugar,
esta resistencia está determinada por la fuerza necesaria para deslizar las
capas de lubricante una sobre otra. Esta es normalmente mucho menor que la
fuerza necesaria para superar la fricción entre dos superficies sin lubricar.
Las consecuencias de la lubricación
Debido a
que la lubricación disminuye la fricción, ésta ahorra energía y reduce el
desgaste. Sin embargo ni el mejor lubricante podría eliminar completamente la
fricción. En el motor de un vehículo
eficientemente lubricado, por ejemplo, casi el 20% de la energía generada es
usada para superar la fricción.
La
lubricación siempre mejora la suavidad del movimiento de una superficie sobre
otra. Esto se puede lograr de distintas maneras. Los distintos tipos de
lubricación normalmente son denominados Regímenes de Lubricación. Durante el ciclo de trabajo de la máquina puede haber
cambios entre los diferentes regímenes de lubricación.
Las
mejores condiciones de lubricación existen cuando las dos superficies móviles
están completamente separadas por una película de lubricante suficiente, como
el modelo descrito anteriormente. Esta forma de lubricación es conocida
como Hidrodinámica o
lubricación de película gruesa. El espesor de la película de aceite depende principalmente de
la viscosidad del lubricante,
una medida de su espesor o la resistencia a fluir.
Por otro
lado, la lubricación es menos eficiente cuando la película es tan delgada que
el contacto entre las superficies tiene lugar sobre una área similar
a cuando no existe lubricación. Estas condiciones definen la lubricación límite. La carga total
es soportada por capas muy pequeñas de lubricante adyacentes a las superficies.
La fricción es menor que en superficies completamente sin lubricar y está
principalmente determinada por la naturaleza química del lubricante.
Varios
regímenes de lubricación han sido identificados entre los dos extremos de
lubricación hidrodinámica y límite.
Las
siguientes son las dos más importantes:
·
Lubricación mixta o de
película delgada, existe cuando las superficies móviles están separadas por una película
de lubricante continua con espesor comparable a la rugosidad de las
superficies. Esta carga entonces está soportada por una mezcla de presión de
aceite y los contactos entre superficies de tal forma que las propiedades de
este régimen de lubricación son una combinación tanto de lubricación
hidrodinámica como límite.
·
La lubricación
elastohidrodinámica, es un tipo especial de lubricación hidrodinámica
la cual se puede desarrollar en ciertos contactos con altas cargas, tales como
cojinetes y algunos tipos de engranajes. En estos mecanismos él lubricante es
arrastrado hacia el área de contacto y luego sujeto a muy altas presiones a medida
que es comprimido bajo carga pesada. El incremento de la presión tiene dos
efectos. En primer lugar causa él incremento en la viscosidad del lubricante y por lo
tanto un aumento en su capacidad de soportar cargas. En segundo lugar, la
presión deforma las superficies cargadas y distribuye la carga sobre un área
mayor.
La
mayoría de las máquinas son lubricadas mediante líquidos. Cómo puede un líquido
separar superficies y reducir la fricción entre ellas? Con el objeto de
entender de que forma los líquidos lubrican en la práctica, es útil observar el
caso del cojinete. En este dispositivo sencillo ampliamente utilizado, un eje
soporta las cargas y rota dentro de una cavidad de aceite. Un ejemplo es una
biela del motor de un vehículo. A medida que el eje rota, una cuña de aceite se
forma entre las superficies, la cual genera suficiente presión para mantenerlas
separadas y soportar la carga del eje. Las cuñas de aceite, se pueden formar en
otro tipo de cojinetes, tales como cojinetes con elementos deslizantes y
rodantes, por un mecanismo similar.
La lubricación más eficiente, es la lubricación
hidrodinámica y
se obtiene cuando la película de aceite que se genera en un cojinete tiene un
espesor varias veces mayor que la rugosidad de las superficies sólidas
opuestas.
Si la
película de aceite es demasiado delgada, las superficies entran en contacto
directo, la fricción se incrementa, se genera calor y las superficies sufren
desgaste.
Varios
factores influyen en la formación de la película de aceite y por lo tanto en
la eficiencia de la lubricación:
·
Viscosidad del lubricante. Este es el factor más
importante. Sí la viscosidad del lubricante es demasiado baja, esto significa
que la capa lubricante es demasiado delgada, y por tanto no será capaz de
formar una cuña de aceite adecuada. Si, por otro lado, la viscosidad es
demasiado alta, el espesor del lubricante puede restringir el movimiento
relativo entre dos superficies. La viscosidad de un líquido disminuye al
incrementarse la temperatura, por lo tanto un cojinete que
esté lubricado eficientemente en frío puede que no trabaje bien a altas
temperaturas. Estudiaremos la viscosidad y su variación con la temperatura con
más detalle en la siguiente sección.
·
Diseño del cojinete. La forma de las superficies
lubricadas debe favorecer la formación de una cuña de aceite. Por lo tanto debe
haber un espacio adecuado entre las superficies móviles.
·
Alimentación del
lubricante. Evidentemente la lubricación hidrodinámica no se puede
desarrollar sí no hay suficiente lubricante para cubrir todas las superficies
en contacto.
·
El movimiento relativo de
las superficies. Cuanto mayor sea la velocidad de
deslizamiento mayor será el grosor de la película de aceite, asumiendo que la
temperatura permanezca constante. Una consecuencia importante de esto es que
las superficies en movimiento, tenderán a entrar en contacto cuando el equipo
arranque o pare.
·
Carga. A cualquier temperatura
dada, un incremento de la carga tenderá a disminuir la película de aceite. Una
carga excesiva tenderá a incrementar la fricción y el desgaste.
Los
lubricantes no solamente deben lubricar. En la mayoría de las aplicaciones
deben refrigerar, proteger, mantener la limpieza y algunas veces llevar a cabo
otras funciones.
·
Lubricación. La principal función de un
lubricante es simplemente hacer más fácil que una superficie se deslice sobre
otra. Esto reduce la fricción, el desgaste y ahorra energía.
·
Refrigeración. Cualquier material que
reduzca la fricción actuará como un refrigerante, simplemente, porque reduce la
cantidad de calor generada cuando dos superficies rozan una contra otra. Muchas
máquinas generan cantidades considerables de calor aún siendo correctamente
lubricadas, este calor debe ser eliminado para que la máquina funcione
eficientemente. Los lubricantes son frecuentemente usados para prevenir él
sobrecalentamiento, transfiriendo calor de las áreas más calientes a las áreas
más frías. Quizás el ejemplo más familiar de un lubricante empleado
como refrigerante es él aceite utilizado en los motores de nuestros vehículos, pero
esta función es vital en muchas otras aplicaciones. Los aceites para compresores, los aceites para turbinas,
aceites para engranajes, aceites de corte y muchos otros lubricantes deben ser
buenos refrigerantes.
·
Protección contra
la corrosión. Obviamente, un lubricante
no debe causar corrosión. Idealmente, debe proteger activamente las superficies
que lubrica, inhibiendo cualquier daño que pueda ser causado
por el agua, ácidos u otros agentes dañinos que
contaminen el sistema. Los lubricantes deben proteger
contra la corrosión en dos formas diferentes: Deben cubrir la superficie y
proveer una barrera física contra el ataque químico, y además, deben
neutralizar los químicos corrosivos que se generen durante la operación del
equipo.
·
Mantenimiento de la
limpieza. La
eficiencia con la cual una máquina opera es reducida sí su mecanismo sé
contamina con polvo y arena, o los productos del desgaste y la
corrosión. Estas partículas sólidas pueden incrementar el desgaste, promover
más corrosión y pueden bloquear las tuberías de alimentación de lubricante y los filtros. Los lubricantes
ayudan a mantener las máquinas limpias y operando eficientemente, limpiando los
contaminantes de los mecanismos. Algunos lubricantes, contienen además aditivos
que suspenden las partículas y dispersan los contaminantes solubles en el
aceite. Esto detiene la acumulación y depósito sobre las superficies de trabajo
lubricadas.
Los
lubricantes utilizados para aplicaciones particulares pueden requerir otras
funciones además de las descritas anteriormente. Por ejemplo:
·
Sellado. El aceite utilizado en
motores de combustión interna debe proveer un
sellado efectivo entre los anillos del pistón y las paredes del cilindro. El
sellado es también importante en la lubricación de bombas y compresores.
·
Transmisión de Potencia. Los aceites hidráulicos son
usados para la transmisión y control de la potencia, al igual
que lubrican el sistema hidráulico.
·
Aislamiento. Los aceites de aislamiento
son utilizados en los transformadores eléctricos e interruptores
de potencia.
SECCION
DOS
Hay
básicamente cuatro tipos de materiales que pueden ser usados como
lubricante:
·
Líquidos. Distintos líquidos pueden
ser utilizados como lubricantes, pero los más ampliamente utilizados son los
basados en aceites minerales derivados del petróleo. Su fabricación y composición
será vista con más detalle en la próxima sección de este tutorial. Otros
aceites utilizados como lubricantes son los aceites naturales (aceites animales o vegetales) y los aceites sintéticos. Los
aceites naturales pueden ser excelentes lubricantes, pero tienden a degradarse
más rápido en uso que los aceites minerales. En el pasado fueron poco
utilizados para aplicaciones de ingeniería por sí solos, aunque
algunas veces se usaron mezclados con los aceites minerales. Recientemente, ha
habido un interés creciente sobre las
posibles aplicaciones de los aceites vegetales como lubricantes. Estos aceites
son biodegradables y menos nocivos al medio ambiente que los aceites minerales.
Los aceites sintéticos son fabricados mediante procesos químicos y tienden a ser
costosos. Son especialmente usados cuando alguna propiedad en particular es esencial,
tal como la resistencia a temperaturas extremas, como es el caso de los
lubricantes para motores aeronáuticos. A temperaturas normales de operación,
los aceites fluyen libremente, de tal forma que pueden ser fácilmente
alimentados hacia o desde las partes móviles de la máquina para proveer una lubricación
efectiva, extraer el calor, y las partículas contaminantes. Por otro lado,
debido a que son líquidos, pueden existir fugas en el circuito lubricante y
provocar graves averías al no lubricar suficientemente las partes móviles del
equipo.
·
Grasas. Una grasa es un lubricante
semifluido generalmente elaborado a partir de aceites minerales y agentes espesantes (tradicionalmente
jabón o arcilla), que permite retener el lubricante en los sitios donde se
aplica. Las grasas protegen efectivamente las
superficies de la contaminación externa, sin embargo,
debido a que no fluyen como los aceites, son menos refrigerantes que éstos y más difíciles de aplicar
a una máquina cuando está en operación.
·
Sólidos. Los materiales utilizados
como lubricantes sólidos son grafito,
bisulfuro de molibdeno y politetrafluoroetileno (PTFE o Teflón). Estos compuestos
son utilizados en menor escala que los aceites y grasas,
pero son perfectos para aplicaciones especiales en condiciones donde los
aceites y las grasas no pueden ser empleados. Pueden ser usados en condiciones
extremas de temperatura y ambientes químicos muy agresivos. Por ejemplo, las
patas telescópicas del Módulo Lunar del Apolo fueron lubricadas con bisulfuro
de molibdeno.
·
Gases. El aire y otros gases pueden ser empleados como
lubricantes en aplicaciones especiales. Los cojinetes lubricados con aire
pueden operar a altas velocidades,
pero deben tener bajas cargas.
Un ejemplo de lubricación por aire son las fresas de los dentistas.
En la
siguiente tabla podremos encontrar las características de los distintos
materiales lubricantes:
|
CARÁCTERÍSTICA
|
ACEITES
|
GRASAS
|
SÓLIDOS
|
GASES
|
|
Lubricación Hidrodinámica
|
****
|
*
|
x
|
***
|
|
Lubricación Límite
|
**
|
**
|
***
|
x
|
|
|
****
|
*
|
x
|
**
|
|
Facilidad de alimentación
|
***
|
*
|
x
|
***
|
|
Permanencia en el sistema
|
*
|
***
|
****
|
*
|
|
Protección contra contaminación
|
*
|
***
|
**
|
*
|
|
Protección contra corrosión
|
***
|
**
|
**
|
x
|
|
Rango de temperatura de operación
|
**
|
**
|
****
|
***
|
Leyenda :
Excelente
****
Muy Bueno
***
Bueno **
Regular *
No
aplicable x
PROPIEDADES
IMPORTANTES DE LOS LUBRICANTES
Viscosidad
La
definición más simple de viscosidad es la resistencia a fluir. Bajo las mismas
condiciones de temperatura y presión un líquido con una viscosidad baja, como
el agua, fluirá más rápidamente que
líquido con alta viscosidad como la miel. La viscosidad de los aceites para
motores de combustión interna, están clasificadas de acuerdo al sistema SAE diseñado por la Sociedad Americana de Ingenieros
Automotrices. Para los aceites de motor se han especificado diez grados, cada
uno correspondiente a un rango de viscosidad. Cuatro de los grados están
basados en las medidas de viscosidad a 100°C. Estas son en su orden de
incremento de la viscosidad, SAE 20, SAE 30,
SAE 40 y
SAE 50. Los otros grados están basados en la medida de la máxima viscosidad a
bajas temperaturas. Estos grados son: SAE 0W (medida a -30°C), SAE 5W (medida a
-25°C), SAE 10W (medida a -20°C).
El sufijo
"W" indica que un aceite es adecuado para uso en invierno. Los
aceites que pueden ser clasificados en solo uno de los anteriores grados, son
conocidos como aceites monogrado.
Un aceite que cumpla con los requerimientos de dos grados simultáneamente, es
conocido como un aceite multigrado.
Por ejemplo, un aceite SAE 20W20 tiene una viscosidad a 100ºC que lo califica
para el rango 20W.
Los
grados SAE al igual que definen los grados de viscosidad, también definen la
temperatura límite de bombeabilidad (BPT) para los grados "W" del
aceite. La temperatura límite de bombeabilidad está definida como la
temperatura más baja a la cual un aceite para motor puede ser continua y
adecuadamente suministrado a la bomba de aceite del motor.
Un
sistema similar al usado para los aceites de motor es utilizado para clasificar
los aceites de engranajes automotrices. En este sistema, los grados
SAE 90,
SAE 140 y SAE 250 están basados en las medidas de viscosidad a 100°C y los
grados SAE 75W, 80W y 85W son medidas a -49°C, -26°C y -12°C respectivamente.
El sistema de clasificación de estos aceites para engranajes es independiente
del usado para aceites de motor, lo cual hace difícil comparar sus
viscosidades. Por ejemplo, un aceite para motor SAE 50 puede realmente ser un
poco más viscoso que un aceite para engranajes SAE 80W.
Se
utilizan sistemas alternativos para
clasificar los lubricantes industriales de acuerdo con sus viscosidades.
En
el sistema ISO se
definen 18 grados, cada uno cubre un pequeño rango de viscosidad y está
especificado por el término ISO VG seguido
por un número, el cual es una medida de su viscosidad a 40°C. Esta viscosidad,
a cualquier grado, es mayor que su grado inmediatamente anterior. Es importante
anotar que, cualquiera que sea el sistema de grados usado SAE, BSI o ISO, el número se relaciona
solamente con la viscosidad del aceite. Esto no revela nada respecto al resto
de sus propiedades.
Más acerca de la viscosidad
La viscosidad puede ser definida en términos de
un modelo simple, en el cual una película fina de líquido es colocada entre dos
superficies planas paralelas. Las moléculas del líquido son consideradas como
esferas que pueden rodar en capas entre las superficies a lo largo de ellas. La
viscosidad del líquido es esencialmente una medida de la fricción entre dos
moléculas mientras se mueven unas sobre las otras. Depende de las fuerzas entre
las moléculas y por lo tanto están influenciadas por su estructura molecular
Suponga
que la superficie inferior se mantiene estacionaria, y la superior es movida a
lo largo a una velocidad constante. Las moléculas cerca de la superficie en
movimiento tenderán a adherirse y a moverse con ella, las capas interiores se
moverán igualmente pero más despacio, y las del fondo no se moverán. Este
movimiento ordenado de las moléculas es definido como flujo viscoso y la diferencia en
la velocidad de cada capa es conocida como velocidad de cizallamiento. La viscosidad es definida como límite
elástico (que es la fuerza causante del movimiento de las capas) dividida por
la velocidad de cizallamiento.
Esta definición de viscosidad es la viscosidad absoluta o dinámica, y es usada por los ingenieros en
cálculos de diseño de cojinetes. Es medida con
una unidad conocida como centipoise (cP).
Los fabricantes de lubricantes y los ingenieros normalmente encuentran más
conveniente utilizar la definición alternativa, la viscosidad cinemática. Esta es la viscosidad dinámica dividida por la densidad del lubricante y su unidad
son los centistokes (cSt). El agua a temperatura ambiente tiene una viscosidad cinemática cercana a 1 cSt y la
viscosidad de la mayoría de los aceites lubricantes a su temperatura de
operación oscila en el rango de 10 - 1000cSt.
Índice de Viscosidad
La selección de un lubricante adecuado
requiere no solo conocer su viscosidad, sino también, entender la forma en la
que cambia con la temperatura. La viscosidad de cualquier líquido disminuye a
medida que la temperatura aumenta, por lo tanto, un aceite con una viscosidad
apropiada a temperatura ambiente, puede ser muy delgado a la temperatura de
operación, un aceite con viscosidad adecuada a la temperatura de operación
puede llegar a ser tan viscoso a bajas temperaturas que impide el arranque en
frío del mecanismo lubricado.
El índice de viscosidad de un
lubricante describe el efecto de la temperatura en su viscosidad. Los aceites
con una viscosidad muy sensible a los cambios de la temperatura se dice que
tienen un bajo índice de viscosidad, los aceites de alto índice de viscosidad
son menos sensibles a los cambios de temperatura. El índice de viscosidad de un
aceite está determinado por su viscosidad a 40°C y 100°C. El rango normal de
índice de viscosidad para aceites minerales es de 0 a 100. Aceites con índice
de viscosidad mayor de 85, son llamados aceites de alto índice de
viscosidad (HVI). Aquellos
con índices menores a 30 son conocidos como aceites de bajo índice de
viscosidad (LVI), los
situados en el rango intermedio son conocidos como aceites de mediano índice de
viscosidad (MVI). Como veremos
en la siguiente sección, es posible incrementar el índice de viscosidad de un
aceite mineral adicionando un mejorador
del índice de viscosidad. Esto permite la producción de aceites de motor
multigrados con índices de viscosidad superiores a 130.
A medida
que un líquido se calienta las fuerzas entre sus moléculas se debilitan y éstas
son capaces de moverse más libremente. La fricción entre ellas y la viscosidad
del líquido disminuyen a medida que la temperatura se incrementa. Generalmente,
para la mayoría de los líquidos comunes, entre más grandes sean las moléculas,
m será afectada su viscosidad por los cambios de temperatura. Cuando se compara
gráficamente viscosidad contra temperatura, se obtiene una curva suave, pero la
forma precisa de la curva depende del líquido en particular. Debido a esto,
muchas medidas de viscosidad y temperatura son necesarias antes de ser posible
predecir exactamente la viscosidad a una temperatura dada. Sin embargo, se ha
demostrado que para una escala diferente en los ejes de la gráfica, es posible
producir una línea recta relacionando los datos de viscosidad y temperatura
para la mayoría de los líquidos (las escalas escogidas son la logarítmica de la
temperatura y el logaritmo de la viscosidad). Utilizando tales gráficas, es posible predecir la
viscosidad de un líquido a cualquier temperatura, si se conocen las
viscosidades a dos temperaturas. El sistema del índice de viscosidad depende de
esta relación. El índice de viscosidad de un aceite desconocido es asignado
comparando sus características de viscosidad/temperatura con aceites estándar
de referencia. Los estándares usados fueron escogidos hace años y en ese tiempo fueron aceites que
mostraron los mayores y menores cambios en la viscosidad con la temperatura.
Sus índices de viscosidad fueron valores arbitrariamente asignados
de 0 a 100 respectivamente, y se asumió que cualquier otro aceite tendría un
índice de viscosidad entre estos límites.
En la
práctica, el sistema del índice de viscosidad tiene varias limitaciones
particularmente para aceites con alto índice de viscosidad. Su uso principal,
simplemente es dar una indicación de la forma como la viscosidad cambia con la
temperatura.
Viscosidad y Presión
La
viscosidad de un líquido depende de la presión al igual que de la temperatura.
Un incremento en la presión comprime las moléculas de un líquido, incrementando
la fricción entre ellas, por lo tanto aumenta la viscosidad. Para muchas
aplicaciones, este efecto no es significativo, pero cuando los lubricantes
están sujetos a presiones muy altas (200 bar o más) como por ejemplo en los
dientes de un engranaje o en los rodamientos de un cojinete, la viscosidad del
lubricante puede cambiar. Adicional a la viscosidad, otras propiedades deben
ser consideradas para asegurar que un lubricante continúa lubricando,
refrigerando, protegiendo contra la corrosión, manteniendo la limpieza y llevando
acabo cualquier otra función requerida con seguridad y por el máximo período de
tiempo para una aplicación dada.
Fluidez a baja temperatura
Cuando
las máquinas están operando en condiciones frías es importante que los aceites
usados para lubricarlas retengan la habilidad para fluir a bajas temperaturas.
La temperatura más baja a la cual un aceite fluirá, es conocida como su punto de fluidez. En la práctica, los
lubricantes deben tener un punto
de fluidez de menos 10°C por debajo de la temperatura a la cual se
espera trabajar.
Estabilidad térmica
Si un
aceite se calienta en su uso, es importante que no se descomponga hasta el
extremo de no poder lubricar adecuadamente, o que se liberen productos
inflamables o peligrosos.
Estabilidad química
Los
lubricantes pueden entrar en contacto con una variedad de sustancias, por lo
tanto deben ser capaces de soportar el ataque químico de éstas, o de lo
contrario serán inadecuados para su uso. La oxidación, reacción con el oxígeno del aire, es la causa más
importante del deterioro de los aceites minerales. Esto acidifica el aceite,
pudiendo corroer las superficies y formar depósitos de gomas sobre piezas que
operan a altas temperaturas. La oxidación también produce lodos que alteran la
fluidez del aceite.
Propiedades de
transferencia de calor
Los
lubricantes que son buenos conductores de calor deben ser usados donde sea
necesario extraer calor de un cojinete. La habilidad de un material para
conducir calor es su conductividad térmica. Usualmente, los aceites con baja
viscosidad son mejores conductores de calor que los aceites de mayor
viscosidad. Un sistema donde la refrigeración depende de la circulación
del aceite, el calor específico
del aceite es una propiedad importante. Esta determina la cantidad de calor que el aceite puede extraer.
Corrosividad
Un
lubricante no debe corroer la superficie metálica con el que entra en contacto.
Muchos aceites minerales tienen pequeñas cantidades de ácidos débiles, los
cuales no suelen ser nocivos. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, los
aceites minerales que están en contacto con el aire a altas temperaturas son
oxidados, produciendo compuestos ácidos. El aceite entonces puede volverse
corrosivo a los metales. La acidez o basicidad de un
lubricante puede ser expresada en términos de la cantidad del compuesto
alcalino o ácido necesario para neutralizarlo. La evaluación de este número de
neutralización da una indicación del deterioro de un aceite en servicio.
Demulsificación (separabilidad del agua)
Cuando se
añade agua al aceite, normalmente se forman dos capas claramente visibles
debido a que es insoluble. En algunos casos, sin embargo, es posible dispersar
agua en aceite o aceite en agua, en forma de pequeñas gotas. Estas mezclas son conocidas como
emulsiones. En la mayoría de las aplicaciones industriales la formación de
emulsiones debe ser evitada. Las emulsiones tienen un efecto dañino sobre la
habilidad del aceite a lubricar y pueden promover la corrosión de las superficies
lubricadas.
En
turbinas, compresores, sistemas hidráulicos y otras aplicaciones donde los
lubricantes pueden contaminarse con agua, es importante que éstos tengan buenas
propiedades demulsificantes. Cualquier agua contaminante debe separarse rápidamente
del lubricante para que pueda ser drenada y el aceite continúe funcionando
eficientemente.
Aunque la
emulsificación es usualmente indeseable, algunos lubricantes son formulados
deliberadamente como emulsiones. Por ejemplo, en el corte de metales, emulsiones
de aceite en agua son usadas debido a que proporcionan enfriamiento efectivo y
buena lubricación a la herramienta de corte. Las emulsiones de agua en aceite
son utilizadas como tipo de fluidos hidráulicos resistentes al fuego.
Inflamabilidad
No debe
haber ningún riesgo de que el aceite se
incendie en las condiciones normales de trabajo. Una indicación a la
resistencia al fuego de un aceite puede ser obtenida determinando su punto de inflamación. Este es la
temperatura más baja a la cual los vapores que emana el lubricante pueden ser
inflamados por una llama abierta. Vale la pena anotar que el riesgo de fuego en
el punto de inflamación es muy pequeño. No solo el
aceite debe ser calentado a esa temperatura, sino que la llama debe estar muy
cerca para que el aceite se inflame. Los aceites minerales de baja viscosidad
usualmente tienen puntos de chispa por encima de 120°C.
Compatibilidad con juntas
Un
lubricante no puede tener ningún efecto indeseable sobre los demás componentes
del sistema. Por ejemplo, debe ser compatible con las juntas, con los manguitos
utilizados para transferir el lubricante del depósito y con cualquier pintura, plástico o adhesivo con el cual
pueda entrar en contacto.
Toxicidad
Los lubricantes
no deben obviamente causar daño alguno a la salud. Los lubricantes más habituales
usados están basados en aceites minerales altamente refinados, lo que les hace
relativamente poco nocivos, especialmente en exposición limitada. Sin embargo,
éstos contienen aditivos que presentan algún tipo de peligro específico a la
salud y seguridad. En aceites industriales, los aditivos están presentes
solamente en pequeñas cantidades, de tal forma que el peligro es muy reducido.
Cualquier riesgo potencial es minimizado con precauciones de sentido común,
tales como, no dejar que los lubricantes entren en contacto con la piel, ojos y mucosas, y prevenir la
inhalación o la ingestión accidental.
En
aquellas aplicaciones donde un lubricante conteniendo aditivos peligrosos, es
esencial que los fabricantes proporcionen información clara de los riesgos involucrados y especificar
si se requiere de precauciones adicionales de seguridad. Esta información se
debe dar a conocer a los usuarios mediante hojas de información sobre seguridad
de los productos y advertencias en el etiquetado de los productos.
Sección
Tres
La gran
mayoría de los lubricantes son fabricados con aceites minerales, obtenidos
del petróleo crudo. Originalmente, los
aceites lubricantes minerales eran simplemente aquellas fracciones de viscosidad
adecuada obtenidas durante la destilación del petróleo. Hoy en día,
la fabricación de lubricantes es un proceso mucho más complicado.
El
proceso involucra varías etapas de refinación y mezcla para la producción de aceites base de
propiedades adecuadas. Los aceites base por sí mismos no son capaces de llevar
a cabo todas las funciones requeridas para un lubricante. Por lo tanto, se le
deben agregar aditivos al aceite base para obtener el Lubricante final. Los
aditivos deben mejorar las propiedades del aceite base y proporcionarle nuevas
características.
Porqué utilizar aceites minerales?
Los
aceites minerales son ampliamente usados como lubricantes debido a que poseen
tres propiedades crucialmente importantes:
·
Tienen características de viscosidad adecuadas.
·
Son refrigerantes efectivos debido a su alta
conducción del calor y alto calor específico.
·
Tienen la capacidad de proteger contra la
corrosión.
Además,
los aceites minerales:
·
Son relativamente de bajo coste.
·
Son estables
térmicamente.
·
Son compatibles con
la mayoría de los componentes usados en los sistemas de lubricación.
·
Son virtualmente poco peligrosos a la salud.
Pueden
ser mezclados con otros aceites y una gran variedad de aditivos para extender o
modificar sus propiedades y pueden ser fabricados para producir las
características físicas requeridas.
ACEITES
BASES
El aceite
base para la fabricación de lubricantes es producido a partir de la refinación del
petróleo crudo y la mezcla con productos refinados. Los aceites crudos son
mezclas complejas de compuestos químicos. Su composición varía considerablemente
dependiendo de sus orígenes, y por tanto sus propiedades. Combinando aceite
base en varias proporciones, es posible producir un gran número de mezclas con
una gran variedad de viscosidades y propiedades químicas.
Como las
propiedades de un aceite base son consecuencia de su composición química, vale
la pena mirar un poco más de cerca los componentes de un aceite mineral. Todos
los aceites minerales consisten principalmente de hidrocarburos, estos son compuestos químicos
formados por moléculas de carbono e hidrógeno. Hay tres tipos de básicos de
hidrocarburos: Alcanos, cicloalcanos y aromáticos.
Alcanos (parafinas)
Estos
compuestos, en el pasado llamados parafinas, están conformados por cadenas
rectas o ramificadas de átomos de carbono. Son muy estables al calor y a la
oxidación. Tienen alto índice de viscosidad, pero fluyen relativamente mal a
bajas temperaturas.
Los tipos de hidrocarburos más
frecuentemente encontrados en los aceites lubricantes, son los cicloalcanos
(anteriormente llamados nafténicos), tienen moléculas en las cuales algunos de
sus átomos de carbono están
configurados en anillos. Estos compuestos son menos estables que los alcanos y sus
viscosidades son más sensibles a los cambios de temperatura. Sin
embargo, fluyen muy bien a bajas temperaturas. Son igualmente buenos
disolventes y buenos lubricantes de capa límite, esto es, que son capaces de
lubricar superficies que están en contacto bajo cargas pesadas.
Aromáticos
Como los
cicloalcanos, los aromáticos contienen anillos de átomos de carbono. Sin
embargo, tienen una baja proporción de hidrógeno. Los aromáticos son buenos
disolventes y buenos lubricantes de capa límite, pero tienen pobres
características de viscosidad y se oxidan fácilmente,
creando ácidos corrosivos y lodos.
Además de
su contenido de hidrocarburos, los aceites minerales pueden tener pequeñas
cantidades de compuestos tales como oxígeno, nitrógeno y azufre. Muchos de estos
compuestos no son estables al calor y a la oxidación y pueden
promover la formación de lacas, barnices y otros depósitos.
LA
FABRICACION DE ACEITES LUBRICANTES
La
fabricación de aceites lubricantes es un complejo proceso de varias etapas. Algunos
de los pasos importantes los resaltamos aquí.
El primer
paso de la mayoría de los procesos de refinación es la destilación atmosférica, en la
cual el petróleo crudo es calentado en una
caldera a 400°C. Se produce una mezcla de gases y líquidos, la cual pasa a
una torre de fraccionamiento o condensadora. Algunos gases pasan sin condensar,
pero los restantes se condensan en la columna, líquidos de diferentes puntos de
ebullición son recolectados a diferentes alturas, de donde pueden ser
extraídos. Estos son los materiales iniciales para la
fabricación de una variedad de combustibles.
El
residuo líquido de la primera destilación, el cual se recupera en el fondo
de la columna, es material bruto para la fabricación de aceites lubricantes.
Este, es sometido a una segunda destilación, otra vez bajo presión reducida (destilación al vacío), y separado en
otras fracciones. La fracción más volátil es usada como combustible, el residuo
es usado para la producción de aceites pesados y productos asfálticos, mientras que
las fracciones intermedias proveen el aceite base para la fabricación de
aceites lubricantes.
Hasta
cuatro fracciones de aceites base lubricante son producidas y cada una sufre un
tratamiento posterior.
La
fracción menos volátil, llamada aceite
residual, contiene grandes cantidades de compuestos que poseen oxígeno, nitrógeno y azufre. Estos,
llamados asfaltenos, son eliminados mediante un proceso de desasfaltación. El
propano es mezclado con el aceite y disuelve la mayoría, pero no todos, los
asfaltenos, los cuales pueden ser separados posteriormente.
El aceite
residual y otras fracciones son después tratadas mediante extracción con
disolventes. En esta operación, el aceite base es mezclado con disolvente que
disuelve la mayoría de los compuestos aromáticos y algunos compuestos
indeseables. Los alcanos y cicloalcanos no son disueltos y pueden ser
separados. El producto en esta etapa es a veces
llamado refinado. El aceite
resultante tiene un índice de viscosidad mayor y mejor estabilidad a la
oxidación que el aceite original.
La producción de un aceite base de calidad es generalmente una
cuestión de compromiso. Por ejemplo, donde se requiere un aceite de alto índice
de viscosidad, una mezcla que contenga alta proporción de alcanos puede parecer
la mejor elección. Esto sin embargo, hará que probablemente tenga problemas para fluir a bajas
temperaturas y por lo tanto será inadecuado para utilizarlo en estas
condiciones de operación. Por otro lado, una mezcla que contenga una alta
proporción de cicloalcanos y fluya en frío, tendrá bajo índice de viscosidad.
Donde sea importante alto índice de viscosidad y fluidez a baja temperatura,
será necesario controlar cuidadosamente el contenido de alcanos y cicloalcanos,
y producir una mezcla que ofrezca la solución óptima a los requerimientos
críticos.
Un
compromiso similar tiene que ser hecho sobre el contenido de aromáticos del
aceite base. Incrementando la proporción de aromáticos, se mejora la
solubilidad y las propiedades de lubricación de capa límite. Sin embargo, un
alto contenido de aromáticos disminuye el índice de viscosidad y reduce
significativamente la estabilidad a la oxidación. Nuevamente, los métodos de refinación y mezcla
serán escogidos para dar las óptimas cualidades para la aplicación en
particular.
El
siguiente paso es el desparafinado en
el cual el alto punto de fusión de los alcanos es eliminado
y las propiedades de fluidez a baja temperatura son mejoradas. En la técnica
convencional de desarrollo con disolventes, el aceite
base es mezclado con un disolvente adecuado y enfriado. La parafina se
solidifica, es separada y el aceite es filtrado. La técnica de desparafinado
catalítico, utiliza hidrógeno en presencia de un catalizador para el
mismo objetivo.
Para
ciertos tipos de aceites bases, el contenido de aromáticos y asfaltenos
necesita ser reducido aún más. Esta limpieza es usualmente realizada mediante
la hidrogenación, en el cual el aceite es tratado bajo presión con hidrógeno en
presencia de un catalizador.
El aceite
base refinado está ya listo para mezclarse con otros aceites bases y reforzarse
con aditivos para la producción de lubricantes comerciales.
ADITIVOS
La
maquinaria moderna tienen alta demanda de lubricantes y muy
específicos para cada componente de la misma. Con el objeto de cumplir con
estos requerimientos la mayoría de los lubricantes industriales contienen aditivos que les confieren
propiedades adicionales.
Hay
muchos tipos de aditivos, algunos de los cuales pueden cumplir varias funciones. La combinación de aditivos en
un lubricante depende la aplicación en la que vaya a ser empleado.
Es
conveniente dividir los aditivos en tres categorías:
·
Aditivos que modifican el rendimiento del
lubricante. Aquí se incluyen los mejoradores
de índice de viscosidad y los depresores del punto de fluidez.
·
Aditivos que protegen el lubricante. Comprenden los
agentes antioxidantes y antiespumantes.
·
Aditivos que protegen la superficie lubricada. A
este grupo pertenecen los inhibidores de corrosión, los
inhibidores de herrumbre, los detergentes,
dispersantes y aditivos
antidesgaste.
Aditivos que mejoran el rendimiento de un lubricante
Mejoradores
de índice de viscosidad son añadidos a los aceites bases para reducir los cambios
de viscosidad con la temperatura. Son útiles donde un lubricante tiene que
rendir satisfactoriamente sobre un rango de temperaturas. Por ejemplo, los
aceites de motor utilizados en climas fríos,
deben ser lo suficientemente "delgados" para permitir que la máquina
arranque fácilmente y lo suficientemente "gruesos" para lubricar
eficientemente a las altas temperaturas generadas durante el trabajo del motor.
La
mayoría de los aceites multigrado son tratados con mejoradores de índice
de viscosidad y son capaces de rendir mejor en una mayor variedad de
temperaturas que los aceites sin tratar.
Depresores
del punto de fluidez son utilizados para minimizar la tendencia del aceite
mineral a congelarse o solidificarse cuando se enfría. Son aditivos necesarios
para la mayoría de aceites operando a bajas condiciones de temperatura.
Los
mejoradores de índice de viscosidad son usualmente polímeros de largas cadenas
tales como los polisobutilenos, polimetacrilatos y olefinas copolímeras. Todos
estos incrementan la viscosidad de un aceite base. A bajas temperaturas las
moléculas de polímeros tienden a enrollarse, pero a medida que la temperatura
se incrementa se desenrollan. Este efecto tiende a restringir el movimiento de las moléculas de aceite,
"espesando" el aceite y por tanto, actúa en contra de la disminución
de la viscosidad del aceite base.
Algunos
tipos de mejoradores de índice de viscosidad también tienen propiedades dispersantes.
La
viscosidad de un aceite que contiene mejorador del índice de viscosidad depende de la velocidad a la cual
se hace fluir. Puede disminuir dramáticamente si el aceite es cortado
rápidamente, como por ejemplo, en un cojinete de alta velocidad. Este efecto debe ser tenido en
cuenta cuando se plantea usar aceite multigrado.
La
disminución de la viscosidad con la velocidad de cizallamiento puede ser
temporal o permanente. Una pérdida temporal de viscosidad se desarrolla cuando
altas velocidades de cizallamiento fuerzan a las moléculas grandes de polímero
a alinearse en la dirección del flujo. Más grave aún,
una permanente pérdida de viscosidad puede ocurrir si la velocidad de
cizallamiento es suficiente para romper las moléculas del polímero físicamente
en pequeñas unidades. La oxidación del polímero puede también ocurrir y afectar
adversamente su habilidad para adelgazar el aceite.
Depresores de punto de fluidez, son usualmente polímeros de
alto peso molecular, compuestos alquiloaromáticos de bajo peso molecular. Para
entender como trabajan, es necesario entender que pasa con el punto de fluidez.
Cuando un
aceite mineral enfriado varias fracciones de parafina empiezan a cristalizarse.
Los cristales de parafina forman cadenas de láminas y agujas, el cual atrapa el
líquido remanente y dificulta la fluidez.
Los depresores del punto de fluidez se
cree que actúan formando una película sobre los cristales de parafina. Esto no
evita que se cristalicen pero si evita que se junten para formar una red tridimensional. Las
propiedades para el flujo a baja temperatura son entonces mejoradas.
Aditivos que protegen el lubricante
Antioxidantes
mejoran la estabilidad a la oxidación del lubricante y son particularmente
importantes en aceites que se calientan durante su operación. Son ampliamente
usados; virtualmente todos los aceites que contienen aditivos contienen algún
antioxidante.
Cuando un
aceite mineral es expuesto al oxígeno del aire, éste reacciona formando ácidos
orgánicos, lacas adhesivas y lodos. Los ácidos pueden causar corrosión, las lacas pueden ocasionar que
las partes móviles se adhieran, y los lodos espesan el aceite y pueden taponar
manguitos, filtros y otros componentes del sistema de lubricación. Las
reacciones de oxidación dependen de la cantidad de oxígeno que entra en
contacto con el aceite, acelerándose en temperaturas elevadas y facilitada por
la humedad y otros contaminantes tales como el polvo, partículas de metal,
herrumbre y otros productos de la corrosión.
Los antioxidantes bloquean las reacciones de
oxidación y disminuyen el deterioro de un lubricante. Tienen una acción específica que se mantiene
mientras esté presente en el aceite, aún en pequeñas concentraciones. Pero una
vez haya terminado, el aceite empieza a oxidarse rápidamente. Por lo tanto es
esencial que un aceite sea
cambiado antes que sus propiedades antioxidantes se terminen.
Los agentes antiespumantes previenen
la formación de espumas en el aceite, los lubricantes altamente refinados
normalmente no forman espuma. Sin embargo, ésta se puede desarrollar en
presencia de ciertos contaminantes, especialmente en máquinas donde hay exceso de
vibración y agitación. La espuma incrementa la exposición al oxígeno y por tanto
facilita la oxidación. También puede causar que se pierda aceite del sistema a
través de los conductos de aireación y reduce seriamente la eficiencia en lubricación, ya que una
película de espuma es un lubricante menos efectivo que una capa continua de
aceite. La espuma en fluidos hidráulicos, incrementa la compresibilidad,
reduciendo así su capacidad para transmitir potencia eficientemente.
Más acerca de LOS ADITIVOS
Hay dos
tipos de aditivos antioxidantes; para entender como funcionan necesitamos
conocer el mecanismo de las reacciones en las cuales los aceites son oxidados.
En estas reacciones, la oxidación inicialmente conduce a la formación de
compuestos conocidos como peróxidos orgánicos. Estos reaccionan con otras
moléculas
de hidrocarburos para oxidarlas y producir más peróxidos, en una reacción en
cadena; particularmente cuando hay metales presentes para actuar
como catalizadores.
Un tipo
de antioxidante, los destructores de peróxido, reaccionan principalmente con
los peróxidos orgánicos interrumpiendo así la reacción en cadena que se hubiera
podido iniciar. Estos compuestos son generalmente fenoles o aminas.
El
segundo tipo de oxidantes, los desactivadores metálicos, reaccionan con las
superficies y con las partículas de metal en el aceite para bloquear su efecto
catalítico. Los desactivadores metálicos son usualmente compuestos
orgánicos solubles que contienen azufre o fósforo.
Los
agentes antiespumantes, son usualmente compuestos de silicona tales como el
dimetil-silicona. Reducen la tensión superficial del aceite, haciendo que las
burbujas de aceite se rompan tan pronto como son formadas y por lo tanto hay
formación de espuma.
Aditivos que protegen la superficie lubricada
Los inhibidores de corrosión protegen
las superficies del ataque químico ejercido por los ácidos (corrosión), que se
encuentran como contaminantes en el lubricante y provienen principalmente de la
oxidación del aceite y de los combustibles quemados en los motores de combustión interna.
Los
inhibidores de corrosión son usualmente componentes fuertemente alcalinos,
solubles en aceite, y reaccionan con los ácidos neutralizándolos.
Inhibidores de herrumbre son inhibidores de corrosión
especialmente diseñados para inhibir la acción del agua en metales férricos. Son
imprescindibles en lubricantes para turbinas y aceites hidráulicos, ya que estos
tipos de aceite se contaminan inevitablemente con agua.
Aditivos detergentes son añadidos a los aceites
de motor para cumplir las siguientes funciones: Reducir la formación de
depósitos de carbón y lacas de altas temperaturas, evitar el pegamiento del anillo
del pistón y proveer una reserva de alcalinidad para neutralizar los ácidos
formados durante la combustión.
También
deben tener propiedades antioxidantes y antiherrumbre.
Aditivos dispersantes son agregados a los aceites para mantener
en suspensión cualquier contaminante, tales como hollín y productos de
degradación.
Por lo
tanto inhiben la formulación de conglomerados de partículas que puedan bloquear
los conductos y los filtros, además evitan que sean depositados sobre las
superficies donde pueden inferir con la lubricación y la transferencia de
calor.
Agentes antidesgaste son necesarios cuando la
lubricación hidrodinámica no puede ser mantenida y se
presenta algún tipo de contacto metal-metal entre las superficies móviles.
Hay que
distinguir dos tipos de agentes antidesgaste: Aditivos anti-abrasivos y
aditivos de extrema presión (EP).
Los
aditivos anti-abrasivos son
compuestos absorbidos por las superficies metálicas para formar una película
protectora que previene el contacto directo metal-metal y reduce
considerablemente la fricción y el desgaste.
Los aditivos de extrema presión son
requeridos en situaciones de carga severa, cuando los aditivos anti-abrasivos
no son efectivos. Tales condiciones son frecuentemente encontradas en los
dientes de los engranajes de acero-sobre-acero altamente cargados.
Los aditivos EP son estables a las temperaturas que se generan, por ejemplo,
cuando dos dientes se deslizan uno sobre el otro, y se descomponen formando
productos que reaccionan con el metal creando una película protectora de
aceite.
Los inhibidores de herrumbre son
común mente ácidos orgánicos que se adhieren fuertemente a las superficies
metálicas protegiéndolas de los ataques químicos.
Los
aditivos detergentes consisten
en moléculas de jabones orgánicos con un núcleo alcalino inorgánico. Las
moléculas de jabón contribuyen a las propiedades de detergencia y antioxidantes
de los aditivos, mientras que la alcalinidad contrarresta los productos ácidos
de la combustión y controla el desarrollo de herrumbre en el motor.
Los dispersantes son usualmente
moléculas de cadenas largas las cuales tienen un extremo hidrofílico (receptor
de agua) y otro hidrofóbico (repele el agua). El extremo hidrofílico tiende
a adherirse a las partículas sucias, dejando el extremo hidrofóbico en
dirección hacia el aceite. Así se mantienen separadas las partículas
contaminantes.
Los
aditivos anti-abrasivos,
son químicos orgánicos de largas cadenas polares tales como alcoholes y ácidos grasos. Estos son
absorbidos por las superficies metálicas para proporcionar una capa delgada de
moléculas, en las cuales las cadenas de hidrocarburos están orientadas
perpendicularmente a la superficie. Esta disposición provee una efectiva
lubricación de capa límite cuando el espesor de la capa es reducido por una
carga pesada.
Aditivos de extrema presión son compuestos que
contienen cloruros, azufre o fósforo. A temperaturas superiores a 300°C (como
la que se puede generar cuando un diente de engranaje choca con otro), estos
compuestos se deterioran y reaccionan para formar una película química.
FORMULACION
La
mayoría de los lubricantes modernos consisten en una combinación de varios
aceites bases y muchos aditivos. La mezcla o formulación de estos
constituyentes para producir el mejor producto para una aplicación específica,
puede ser una tarea complicada. Es casi siempre necesario comprometer los
requerimientos críticos de rendimiento, compatibilidad y coste.
Ya hemos
visto cómo la mezcla de los aceites bases involucran el balanceo de su
contenido de alcanos y cicloalcanos con la fluidez óptima, la disolvencia y
propiedades lubricantes. Un balance similar es requerido cuando se mezclan
aditivos. Cada aditivo debe ser compatible con los otros ingredientes de la
formulación, de lo contrario no serían efectivos. La compatibilidad completa
puede ser difícil de lograr.
Además es
importante desde el punto de vista comercial minimizar los costes del proceso
de formulación y del producto final.
Una vez
una formulación ha sido desarrollada, es esencial averiguar si trabajará bien y
de forma segura en la aplicación para la cual fue diseñada. Medidas de las
propiedades físicas (tales como la viscosidad y el índice de viscosidad) y de
las propiedades químicas (tales como acidez y la estabilidad térmica) pueden
dar una idea sobre esto. Sin embargo, si el lubricante o la aplicación a la
cual se dirige es poco común, es necesario realizar una prueba de rendimiento.
En una
prueba de rendimiento, se simulan las condiciones bajo las cuales el lubricante
se espera que opere. La prueba puede usar el equipo de servicio bajo condiciones reales o
más probablemente, llevarse a cabo en diseños especiales de laboratorio. Cualquiera que sea el método usado, la evaluación de los resultados deberá
involucrar desmontar el equipo de pruebas y un análisis de los componentes, al
igual que un análisis detallado de las condiciones del lubricante durante y
después de la prueba. Algunas de las investigaciones que se han llevado a cabo
más comúnmente son descritas en la siguiente sección.
El
desarrollo de una formulación de un lubricante típico puede requerir un número
de pruebas diferentes, cualquiera de las cuales puede sugerir la necesidad de
reformular el producto y llevar acabo más pruebas. Un proyecto de formulación completa
puede llevar un año o más y los costes pueden alcanzar un cuarto de millón de
euros. No hay muchas compañías que tengan la habilidad y los recursos necesarios para llevar a
cabo este tipo de programas. Los lubricantes que distribuye
BRETTIS tienen una formulación que ha sido desarrollada y probada de esta
forma. Nuestros clientes pueden estar seguros que nuestros productos
harán el trabajo para el que fueron
diseñados de forma eficiente, rentable y segura.
Sección
Cuatro
Principios
Varios
factores deben ser tenidos en cuenta cuando se escoge un lubricante. Los más
importantes son la aplicación específica, las condiciones de operación y los
costes. Con estos factores en mente, el lubricante adecuado puede, en
principio, ser escogido con ayuda de los siguientes factores:
1. Cuál es la viscosidad más adecuada a la
temperatura de operación?
En lo
referente a la lubricación, la propiedad más importante de un
lubricante es la viscosidad (o, en el caso de una grasa, su consistencia). La
mejor viscosidad para una aplicación en particular puede ser determinada
mediante cálculos, pero la experiencia práctica algunas veces proporciona una
guía útil. Muchos parámetros de diseño influyen en la decisión final,
pero el objetivo normalmente es seleccionar un lubricante con la mínima
viscosidad capaz de soportar la carga aplicada, minimizando así el consumo de energía.
Es
importante recordar qué es la viscosidad a la temperatura de operación. Por
ejemplo, suponga que la lubricación más eficiente de un cojinete simple
requiere de un aceite con una viscosidad de 10 cSt. Si el cojinete va a
trabajar a 100°C, el aceite debe tener una viscosidad de 10 cSt a 100°C. Si por
otro lado, el cojinete va a trabajar a -30°C, el aceite debe tener una
viscosidad de 10 cSt a -30°C. Dos aceites muy diferentes son requeridos en cada
caso. Sus viscosidades a temperatura ambiente estarían cerca de 300 cSt y
2 cSt respectivamente.
2. Cuál es el índice de viscosidad necesario?
Es
esencial seleccionar un aceite con adecuado índice de viscosidad. Aunque la
viscosidad a la temperatura normal de trabajo es crítica, el lubricante también debe ser
capaz de hacer su trabajo sobre un rango de temperatura que oscile entre la
temperatura ambiente al arranque hasta la temperatura más alta de operación. No
debe ser tan espeso a bajas temperaturas que la máquina no pueda ser arrancada,
ni tan delgado a alta temperatura que sea incapaz de proveer una película de
lubricación adecuada.
3. Qué grado SAE o ISO de viscosidad de
aceite es requerida?
Habiendo
decidido sobre la viscosidad y el índice de viscosidad, se determina el grado
de viscosidad del lubricante requerido. Esto implica, llevar a una temperatura
estándar de referencia la viscosidad que se tiene a la temperatura de operación
y se puede realizar usando las tablas y gráficas disponibles. El grado de
viscosidad SAE o ISO puede ser entonces seleccionado.
Algunas
máquinas contienen diferentes componentes a lubricar, por ejemplo, las cajas de
engranajes contienen engranajes y cojinetes. Algunos sistemas usan lubricantes para más
de una función, por ejemplo, los sistemas
hidráulicos utilizan lubricantes para lubricación y para transmitir potencia.
En tales aplicaciones, puede ser posible comprometerse con el grado de
viscosidad escogido, de tal forma que el mismo aceite puede ser usado para
todos los propósitos. En la práctica una variación de 30 a 50 % de la
viscosidad ideal es usualmente posible. Así, un aceite con grado de viscosidad
ISO 68 puede ser usado para cubrir el rango de viscosidades entre ISO VG 46 a
ISO VG 100.
4. Que aditivos son necesarios?
Los aceites
lubricantes se deterioran durante su uso por diferentes razones. Por lo tanto
la mayoría de los lubricantes contienen aditivos para combatir el deterioro y
extender la vida útil del aceite. Los aditivos se utilizan para mejorar las
propiedades particulares de un aceite. Muchos aceites contienen antioxidantes,
dispersantes e inhibidores de corrosión. Otros aditivos, tales como mejoradores
del índice de viscosidad, depresores de punto de fluidez, agentes
antiespumantes y aditivos antidesgaste, pueden ser requeridos dependiendo de la
aplicación.
En
comparación a los costos del aceite base, los
aditivos son ingredientes costosos. Por lo tanto, solamente se añaden a los
lubricantes si su incorporación puede ser justificada sobre la base de mejora
del rendimiento y de la economía en su uso.
5. Qué costes necesitan tenerse en cuenta?
El precio de un lubricante es
claramente un factor importante, pero no debe ser determinante para la selección de un aceite. Los sistemas
de lubricación de las máquinas modernas son usualmente diseñados para que una
gama amplia de lubricantes puedan ser usados en ellos. Es muy fácil seleccionar
él lubricante más barato que parece hacer el trabajo requerido en una
aplicación dada. Sin embargo es necesario asegurarse de que el aceite
continuará lubricando eficientemente por un período largo de tiempo.
Un aceite
debe juzgarse en términos de costes totales de operación y mantenimiento de la maquinaria por largos
períodos de tiempo. La lubricación con un aceite barato que tiene que ser
cambiado a intervalos frecuentes será más costosa que emplear un lubricante de
alta calidad, aún con precio más elevado, pero con una larga vida de servicio.
Más importante aún, usar un lubricante barato puede rápidamente traer problemas
mecánicos que podrían costar mucho más que el coste adicional de un lubricante
de mayor calidad.
LA
LUBRICACION DE UN EQUIPO ESPECÍFICO
Algunos
ejemplos de las propiedades necesarias para aplicaciones tales como:
·
Lubricación de cojinetes. En cojinetes planos la
función principal de un lubricante es reducir la fricción y actuar como
refrigerante. Un aceite mineral simple es en general, suficiente para estos
propósitos. La adición de los antioxidantes e inhibidores de corrosión puede
ser beneficiosa en condiciones más exigentes. La selección del aceite está
determinada por la viscosidad, a no ser que él cojinete opere en un rango
amplio de temperaturas. El índice de viscosidad entonces se vuelve un factor
importante. Los aceites y grasas pueden ser usadas para
lubricar cojinetes de rodillos. La grasa tiene la ventaja de proporcionar
sellado efectivo contra la pérdida de lubricante y la entrada de contaminantes.
Sin embargo, el aceite es una mejor opción para cojinetes que operan a altas
temperaturas y altas velocidades.
·
Lubricación de
engranajes. Los
engranajes abiertos son usualmente lubricados con aceites. Para asegurar que
los aceites no se salgan a altas velocidades, se utilizan lubricantes viscosos
conteniendo aditivos adherentes. Las grasas también pueden ser usadas. Los
engranajes cerrados son generalmente lubricados con aceite. Siempre están
soportados por cojinetes de tal forma que él lubricante debe ser adecuado tanto
para engranajes como para cojinetes. Aceites minerales sin aditivos son
suficientes para muchas situaciones. A altas velocidades, los aceites con bajas
viscosidades, antioxidantes y agentes antiespumantes pueden ser necesarios.
Lubricantes para engranajes con más carga deben contener aditivos de extrema
presión. Los aceites que contienen aditivos de extrema presión (EP) son
utilizados para engranajes trabajando bajo las cargas más pesadas,
particularmente si se espera tener cargas de choque.
·
Aceites hidráulicos. El aceite en sistemas
hidráulicos, es usado tanto para la lubricación como para la transmisión de
potencia. Debe ser lo suficientemente viscoso para lubricar las partes móviles
eficientemente, pero lo suficientemente delgado para actuar como un
refrigerante eficiente. Debe tener también buenas propiedades de liberación de
aire y resistencia a la espuma, de no ser así,
la compresibilidad del aceite se incrementaría y afectaría a su habilidad para
actuar como un medio hidráulico. Una buena separación de agua o demulsibilidad,
es otra propiedad necesaria para limitar el daño causado a las válvulas, bombas y cojinetes por él agua. Los
aceites minerales altamente refinados satisfacen todos estos requerimientos.
Con el objeto de evitar corrosión interna, aditivos antioxidantes e inhibidores
de corrosión son añadidos a los aceites minerales usados en sistemas
hidráulicos, junto con los aditivos antidesgaste.
·
Aceites para motores de
combustión interna. Los aceites para motores de combustión
interna son diseñados para que lubriquen, refrigeren, protejan contra la
corrosión, mantengan la limpieza y ayuden al sellado de los anillos del pistón
en el rango de temperaturas de operación. Los aceites multigrado para motores
son formulados con una proporción importante de aditivos que incluyen:
Mejoradores de índice de viscosidad para reducir el adelgazamiento del aceite a
altas temperaturas, depresores del punto de fluidez para facilitar el arranque
en ambientes fríos, antioxidantes para prevenir la oxidación y la formación de
lodos, agentes antiespumantes para prevenir la formación de espuma a medida que
el aceite circula por el motor, inhibidores de corrosión para neutralizar los
ácidos formados durante la combustión, inhibidores de herrumbre para proteger
las superficies lubricadas, detergentes y dispersantes para controlar la
formación de depósitos, suspender los contaminantes, productos de la combustión,
y por lo tanto evitar el bloqueo de los conductos y los filtros, y aditivos
antidesgaste para mejorar las propiedades de la lubricación de capa límite.
RECOMENDACIONES
DE LOS FABRICANTES
En la
práctica, los fabricantes de los equipos normalmente especifican las
propiedades y los estándares de rendimiento requeridos para los lubricantes que
se deben emplear en sus sistemas. Una especificación típica puede determinar,
por ejemplo, límites de viscosidad a una o más
temperaturas, punto de fluidez, punto de chispa y propiedades de prevención de
corrosión, junto con una indicación de los métodos de prueba usados para
determinar estas características.
Frecuentemente
el fabricante facilita en el manual de mantenimiento una
recomendación para usar una marca o marcas de lubricantes, y no seguir
estas recomendaciones puede suponer la pérdida de la Garantía que proporciona
el fabricante. Por lo tanto, cuando un fabricante especifique un lubricante
para su empleo en el equipo, al menos
durante el periodo de Garantía debe seguirlo estrictamente. Una vez terminado
este periodo de garantía si pueden emplearse lubricantes equivalentes de otras
marcas.
Sustituyendo un lubricante por otro
El
usuario del lubricante deseará saber si un producto alternativo puede
reemplazar una marca en uso. Tal sustitución puede ayudar a reducir costes,
mejorar la eficiencia o racionalizar el número de lubricantes usados. En situaciones
como éstas, es preferible tratar de cambiar directamente a un lubricante que
tenga especificación similar a la marca usada. Sin embargo, ese tipo de acción
no puede ser tomada a la ligera.
Cuando se
planee sustituir un lubricante por otro, es esencial considerar la aplicación
específica en la cual se va a emplear. En la gran mayoría de los casos, una
recomendación fiable se debe realizar basada en los requerimientos
especificados por él fabricante. En aquellas instancias donde la información no está disponible, las
recomendaciones deben estar basadas en una consideración de las propiedades
requeridas por él lubricante para las condiciones bajo las cuales tiene que
funcionar. Puede ser necesario buscar asistencia técnica.
PROBANDO
LOS LUBRICANTES
Es una
buena práctica tomar muestras periódicas del lubricante usado y las pruebas así
efectuadas son conocidas como seguimiento de lubricantes, el cual revela
información acerca de la condición del aceite y del estado de la maquinaria. Algunas
de las pruebas usadas son muy simples y pueden ser fácilmente aplicadas a los
sistemas más pequeños. Otras son más sofisticadas y tienden a ser usadas
solamente para monitorear máquinas más grandes.
Algunas
de las pruebas más comúnmente usadas, y la información que puede ser obtenida
de ellas son revisadas a continuación:
·
Apariencia
La
apariencia de un aceite puede revelar mucho acerca de su condición. El
oscurecimiento, espesamiento y la presencia de lodo y partículas de hollín,
implican sobrecalentamiento y oxidación. El agua puede afectar la apariencia
del aceite, sugiriendo que hay condensación o una fuga de agua en alguna parte
del sistema. Principios de desgaste se encuentran
frecuentemente durante el rodaje de un motor nuevo, sin embargo, si se ve en un
sistema viejo, puede indicar que un desgaste serio está teniendo lugar.
·
Viscosidad
Cuando se
revisa la viscosidad de un aceite usado, una muestra de aceite es comparada con
una muestra del mismo aceite sin usar. Un espesamiento del aceite puede ser
causado por la oxidación, por contaminantes sólidos, o por otros factores. Por
otro lado, el adelgazamiento de un aceite de motor sugiere dilución de
combustible sin quemar. En algunos casos, pueden ocurrir ambos problemas
(adelgazamiento y espesamiento) y la viscosidad parecer normal.
·
Punto de chispa
La
presencia de una pequeña cantidad de combustible sin quemar en un aceite para
motor, producirá una marcada reducción en el punto de chispa. Otros
contaminantes inflamables harán un efecto similar. El agua y los contaminantes
no inflamables tienen un efecto diferente y puede ocultar el punto de chispa.
·
Contaminación por agua
La prueba
más simple para agua involucra él calentamiento del lubricante por encima de
100°C. Si hay agua presente, hierve y causa que el agua crepite. Pruebas más
precisas consisten en tratar el aceite con un químico que reacciona con el agua
produciendo hidrógeno, o destilando el agua del aceite usado utilizando un
sistema de solvente.
·
Acidez y basicidad
La acidez
de un lubricante puede ser expresada en términos de su número ácido, la
cantidad de álcali necesaria para neutralizarlo. Similarmente, la basicidad
puede ser expresada en términos de número base, la cantidad de ácido necesaria
para neutralizarlo. La oxidación de un aceite genera productos ácidos y la
evaluación del número total ácido (TAN) da por lo tanto una indicación del
deterioro del aceite en servicio. En motores diesel, la combustión del
combustible libera componentes ácidos de azufre, los cuales pueden causar
corrosión y oxidación del aceite del motor. Los aditivos detergentes
proporcionan una reserva alcalina para neutralizar tales ácidos y la evaluación
del número base total (TBN) da una importante información del grado de
agotamiento de tales aditivos.
·
Pruebas de manchas de
aceite
Una gota
de aceite es colocada sobre una hoja de papel absorbente y se deja que se
disperse. Un aceite nuevo tendrá una mancha transparente, uniforme y color amarillo pálido. Un aceite
conteniendo contaminantes mostrará una mancha con gránulos, puntos color café, negros o anillos. La apariencia
en particular de la mancha depende de la cantidad o tipo de contaminantes.
·
Espectroscopio infrarrojo
Muchos
productos de la oxidación contienen un grupo químico llamado el grupo
carbonilo, el cual absorbe la luz infrarroja de una longitud
de onda característica. Esta propiedad puede ser usada para revisar la
oxidación.
·
Análisis espectrográficos
El
análisis espectrográfico del aceite (SOA) es una técnica sofisticada que
permite que los elementos presentes en el aceite sean identificados y sus
concentraciones sean determinadas. Puede ser usada para indicar las causas
de la contaminación y el desgaste. Por ejemplo,
la presencia de silicio sugiere que hay contaminación de polvo o barro en el
aceite; cobre, plomo y estaño están posiblemente
asociados con desgaste de cojinetes.
SECCION
CINCO
Además de
la correcta selección de los lubricantes, es necesario tener en cuenta algunos
aspectos relacionados con su almacenamiento, manipulación, transporte en planta y aplicación.
ALMACENAMIENTO
·
Preferiblemente en almacén o en un cuarto exclusivo
para tal fin.
·
El almacenamiento a la intemperie debe evitarse en
lo posible, de lo contrario hacerlo sobre estructuras metálicas con los bidones
en posición vertical.
·
Tambores en uso que no resulte viable su ubicación
vertical u horizontal, dejarlos en posición inclinada para evitar que la tapa
quede sumergida en contaminantes acumulados.
·
Una medida práctica es cubrir los tambores
con plásticos o lonas impermeables, a
manera de carpa.
·
El cuarto de lubricantes debería quedar fuera del
área física de proceso, pues la alta
concentración de partículas del material en proceso son una fuente de
contaminación.
·
Revisar y limpiar el área alrededor de las tapas
para reducir el riesgo de contaminación al abrir
el bidón.
·
Los bidones de aceite soluble (taladrinas) y los de
aceite dieléctrico deben ser obligatoriamente almacenados bajo techo, en sitios
que no estén expuestos a fuertes cambios de temperatura.
Recomendaciones
sobre el almacenamiento seguro de lubricantes por la
Agencia de Seguridad Nacional de EEUU :
"El
almacén de lubricantes debe ser preferentemente una construcción separada, resistente al
fuego. Los tambores no se deben colocar sobre pallets, sinó sobre suelo de cemento, metal o cualquier otro material
resistente al fuego. Los bidones, cubetas y otros depósitos deben tener las
tapas, tapones o separadores cerrados todo el tiempo en que no estén en uso.
Los depósitos vacíos siempre se deben mantener cerrados".
MANIPULACIÓN
DE LOS BIDONES DE LUBRICANTE
La
descarga de los bidones debe hacerse empleando un medio mecánico que garantice
seguridad al operario y evite daños al bidón. Ej: montacargas, elevadores
mecánicos, plataformas hidráulicas.
Para el
transporte de un sitio a otro, debe contarse con una carretilla especial, como
mínimo, o un montacargas.
Evitar
rodar el bidón, ya que se debilita su estructura por los golpes fuertes al
acostarlo y levantarlo.
APLICACIÓN
·
Recipientes para aplicación de lubricantes: Nunca se deben emplear recipientes
galvanizados, porque algunos de los aditivos de los lubricantes pueden
reaccionar con el zinc, formando jabones metálicos, espesando el aceite e
incluso causando obstrucción de conductos de lubricación, boquillas inyectoras,
etc.
·
Pistolas engrasadoras: Una pistola por cada tipo de
grasa. Los jabones metálicos (sodio, calcio, litio) son incompatibles entre sí.
·
Bombas manuales para transvasar aceite:
Vigilar que no se produzca contaminación de un aceite con otro por residuos en
la bomba. Ej.: aceites hidráulicos .vs. aceites de motor
·
Bombas neumáticas o eléctricas para grasa: Evitar
la contaminación de la grasa residual que queda en el fondo del tambor,
manteniéndolo herméticamente cerrado, ya que puede llegar a ser hasta un 10%
del contenido.
Almacenamiento durante largos períodos de tiempo
El
almacenamiento prolongado deteriora las propiedades físico-químicas de los
lubricantes; particularmente de las grasas.
Las
grasas que contienen jabón de sodio o calcio separan el aceite en un período de
cuatro meses desde la fabricación. Las grasas de litio permanecen estables
hasta 12 meses después de su fabricación.
CONTAMINACION
ENTRE LUBRICANTES
Es común
este tipo de problema cuando se emplea un solo recipiente para varios aceites.
Es más
crítico cuando se mezclan aceites para aplicaciones automotrices con
industriales.
Extremo
cuidado debe ser tenido para evitar la contaminación de un aceite para
engranajes con trazas de cualquier aditivo básico (ej: aditivo detergente a
base de calcio, en el aceite de motor) ya que pueden tener un efecto negativo
sobre las propiedades superficiales (espuma, atrapamiento de aire y
demulsibilidad). Límite < 2 mg/kg (2ppm)
Aunque la
formulación de aceites hidráulicos contiene calcio, es importante evitar la
contaminación con los aditivos del aceite de motor. Tal contaminación
generalmente se reflejará en un aumento en el contenido de calcio (análisis de
laboratorio), y puede conducir a precipitación de los aditivos del aceite
hidráulico, reducción drástica de sus propiedades demulsificantes o
antiemulsionantes, pérdida de filtrabilidad y taponamiento de filtros
ultrafinos (formación de gel ~ lodos).
Las
grasas tienen un grado de toxicidad bajo. Sin embargo, se recomienda retirarlas
de la piel rápidamente, empleando
jabón y agua caliente. En ningún caso usar disolventes como el keroseno o
gasolina para limpiar la piel.
El mayor
riesgo de exposición ocurre con los aceites para el mecanizado de metales
(taladrinas). Estos pueden producir dermatitis, acné, obstrucción de poros y
eliminación de los aceites naturales de la piel. Usar guantes, lavarse las
manos con abundante agua caliente, evitar el uso de pastas abrasivas o
desengrasantes en polvo, emplear jabones ligeramente ácidos, y secar la piel
con papel desechable
La
ingestión de combustibles es irritante, lo cual origina náuseas y vómito. Las lesiones serias se originan
por aspiración del líquido en los pulmones; y es por tal razón que no debe inducirse el vomito. Debido a
la insolubilidad del combustible en el fluido pulmonar, y a su efecto irritante
sobre la mucosa protectora, los pulmones reaccionan rápidamente
"inundándose" con fluidos del cuerpo y originándose el ahogamiento de
la víctima. Además, la irritación deja los pulmones de la víctima expuestos a
la invasión de micro-organismos presentes en el cuerpo. Los aceites con
viscosidades inferiores al grado ISO 22 presentan riesgos similares a los del
combustible; por lo tanto, es necesario no inducirle el vómito a la víctima.
