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Los Lubricantes
Indice 1. ¿Qué Es Un Lubricante? 2. Las características principales de los lubricantes. 3. Aspectos Generales De Los Lubricantes . Los Aditi!os ". La #e #eoría oría De La Lubricaci$n Lubricaci$n.. %. Deter&inaci$n de las propiedades de los aceites a ceites lubricantes '. Grasas lubricantes (. )iblio*ra+ía 1. ¿Qué Es Un Lubricante? Un lubricante es una sustancia que se interpone entre dos superficies (una de las cuales o ambas se encuentran en movimiento), a fin de disminuir la fricción y el desgaste. Los aceites lubricantes lubricantes en general están conformados por una Base más ditivos.
2. Las características principales de los lubricantes. !iscosidad "s la propiedad más importante que tienen los aceites y se define como la resistencia de un fluido a fluir. "s un factor determinante en la formación de la pel#cula lubricante. $omo medida de la fricción interna act%a como resistencia contra la modificación de la posición de las mol&culas al actuar sobre ellas una tensión de ci'allamiento. La viscosidad es una propiedad que depende de la presión y temperatura y se define como el cociente resultante de la división de la tensión de ci'allamiento ( ) por el gradiente de velocidad (). * $on flu+o lineal y siendo constante la presión, la velocidad y la temperatura. fecta la generación de calor entre superficies giratorias (co+inetes, cilindros, engrana+es). iene que ver con el efecto sellante del aceite. etermina la facilidad con que la maquinaria arranca ba+o condiciones de ba+a temperatura ambiente. "l concepto básico de viscosidad se muestra a continuación onde un componente rectangular es desli'ado a velocidad uniforme sobre una pel#cula de aceite "l aceite se ad-iere tanto a la superficie en movimiento como la superficie estacionaria. "l aceite en contacto con la superficie en movimiento se desli'a con la misma velocidad (U) de la superficie, mientras que el aceite en contacto con la superficie estacionaria tiene velocidad cero. La pel#cula de aceite puede visuali'arse como una serie de capas de aceite que se desli'an a una fracción de la velocidad U, la cual es proporcional a la distancia desde la superficie estacionaria. Una fuer'a debe ser aplicada a la superficie en movimiento para contrarrestar la fricción entre las capas de fluido. $omo la fricción es el resultado de la viscosidad, la fuer'a es proporcional a la viscosidad. L !/0$10/ 2U"" 0"3 ""34/5 4//"51 L U"36 3"7U"3/ 23 23 $15333"03 $15333"03 L 3/$$/85 LU9 "5 U5 2"L9$UL " /4"50/15"0 $151$/0. La viscosidad determinada de esta manera se llama viscosidad dinámica o absoluta. 0u unidad de medida es el poise (p) o centipoise (cp) o en unidades de 0/ en pascal segundos (2as): ; 2as ;< p.
!iscosidades dinámicas son función solamente de la fricción interna del fluido. La viscosidad de cualquier fluido cambia con la temperatura, incrementa a medida que la temperatura disminuye y disminuye a medida que la temperatura aumenta. 2or consiguiente, es necesario determinar las viscosidades de un aceite lubricante a temperaturas diferentes. "sto se logra midiendo la viscosidad a dos temperaturas de referencia y utili'ando una gráfica de viscosidad ( desarrollada por la 04). Una ve' indicadas las viscosidades medidas se unen los puntos. e esta manera, puede determinarse con gran precisión las viscosidades a otras temperaturas. Las dos temperaturas de referencia son =< >$ y ;<< >$. Una ve' seleccionado el aceite para la aplicación, la viscosidad debe ser lo suficientemente alta para garanti'ar una pel#cula lubricante pero no tan alta que la fricción fluida sea e?cesiva. La viscosidad cinemática de un fluido es el cociente entre su viscosidad dinámica y su densidad, ambas medidas a la misma temperatura. 0us unidades son 0to@es (st) o centisto@es (cst), o en unidades del 0/ mil#metros cuadrados por segundos. (;mmA*s ;cst) /ndice e !iscosidad "l #ndice de viscosidad (/!)es un m&todo que ad+udica un valor num&rico al cambio de la viscosidad de temperatura. Un alto #ndice de viscosidad indica un rango relativamente ba+o de viscosidad con cambios de temperatura y un ba+o #ndice de viscosidad indica un alto rango de cambio de viscosidad con la temperatura. "n otras palabras, si un aceite de alto #ndice de viscosidad y un aceite de ba+o #ndice de viscosidad tienen la misma viscosidad a temperatura ambiente, a medida que la temperatura aumenta el aceite de alto /! se adelga'ará menos, y por consiguiente, tendrá una viscosidad mayor que el aceite de ba+o /! a temperaturas altas. 2or e+emplo, un básico proveniente de un crudo naft&nico tendrá un rango mayor de cambio de viscosidad con temperatura que la de un básico proveniente de un crudo paraf#nico. "l /! se calcula de viscosidades determinadas a temperaturas diferentes por medio de tablas publicadas por la 04. Las temperaturas que se toman como base son =< >$ y ;<< >$.(es lo mismo que lo desarrollado para viscosidad) plicaciones del /! "n varias aplicaciones donde la temperatura de operación permanece más o menos constante, el /! es de relativa importancia. 0in embargo, en aplicaciones donde la temperatura de operación var#a sobre un amplio rango como es el caso de los motores de combustión interna esta adquiere una importancia fundamental. l obtener la relación de la modificación de la viscosidad a las dos temperaturas basándose en el conocimiento de que cuanto menor sea la modificación de la viscosidad, tanto me+or será, en general, la calidad del lubricante.
2unto e luide' "l punto de fluide' de un aceite lubricante es la m#nima temperatura a la cual este fluye sin ser perturbado ba+o la condición espec#fica de la prueba. Los aceites contienen ceras disueltas que cuando son enfriados se separan y forman cristales que se encadenan formando una estructura r#gida atrapando al aceite entre la red. $uando la estructura de la cera esta lo suficientemente completa el aceite no fluye ba+o las condiciones de la prueba. La agitación mecánica puede romper la estructura cerosa, y de este modo tener un aceite que fluye a temperaturas menores a su punto de fluide'. "n ciertos aceites sin ceras, el punto de fluide' esta relacionado con la viscosidad. "n estos aceites la viscosidad aumenta progresivamente a medida que la temperatura disminuye -asta llegar a un punto en que no se observa ning%n flu+o e?istente. esde el punto de vista del consumidor la importancia del punto de fluide' de un aceite depende enteramente del uso que va a dársele al aceite. 2or e+emplo, el punto de fluide' de un aceite de motor a utili'arse en invierno debe ser lo suficientemente ba+o para que el aceite pueda fluir fácilmente a las menores temperaturas ambientes previstas. 2or otro lado, no e?iste necesidad de utili'ar aceites con ba+os puntos de fluide' cuando estos van a ser utili'ados en las plantas con altas temperaturas ambiente o en servicio continuo tal como turbinas de vapor u otras aplicaciones. $eni'as 0ulfatadas
Las ceni'as sulfatadas de un aceite lubricante es el residuo en porcenta+e que permanece una ve' quemada una muestra de aceite. "l residuo inicial es tratado con ácido sulf%rico y se quema el residuo tratado. "s una medida de los componentes no combustibles (usualmente materiales metálicos) que contiene el aceite. ceites minerales puros no contienen materiales que forman ceni'as. Cran cantidad de los aditivos (los cuales se utili'an para me+orar las propiedades del aceite) utili'ados en aceites lubricantes contienen componentes metaloDorgánicos los cuales forman un residuo en la prueba de ceni'as sulfatadas de tal manera que la concentración de estos componentes es apro?imadamente indicada por la prueba. 2or consiguiente, durante la fabricación, la prueba es un m&todo de asegurarse que los aditivos -an sido incorporados. $on aceites usados, un incremento de ceni'as sulfatadas usualmente indica la presencia de contaminantes tales como polvo, suciedad, part#culas de desgaste y posiblemente contaminantes. 2unto e /nflamación E uego "l punto de inflamación es la temperatura a la cual el aceite despide suficientes vapores que se inflaman cuando una llama abierta es aplicable. $uando la concentración de vapores en la superficie es lo suficientemente grande a la e?posición de una llama, resultará fuego tan pronto como los vapores se enciendan. $uando una prueba de este tipo es reali'ada ba+o ciertas condiciones espec#ficas, la temperatura a la cual esto sucede se denomina 2U51 " /5L4$/85. La producción de vapores a esta temperatura no son lo suficiente para causar una combustión sostenida y por ende, la llama desaparece. 0in embargo, si el calentamiento contin%a se obtendrá una temperatura a la cual los vapores serán liberados lo suficientemente rápido para soportar la combustión. "sta temperatura se denomina 2U51 " U"C1 o $14BU0/15 "l punto de inflamación de aceites nuevos varia con viscosidad F aceites d e alta viscosidad tienen altos puntos de inflamación. "stos puntos están tambi&n afectados por el tipo de crudo. ceites naft&nicos tienen menores puntos de inflamación que aceites paraf#nicos de viscosidad similar. $onse+os para el usuarioG la utili'ación de un aceite de ba+o punto de inflamación (alta volatilidad) a altas temperaturas, puede generar un alto consumo de aceite. "n la inspección de un aceite usado, una reducción significante en el punto de inflamación indica contaminación del aceite. /ndice e 5eutrali'ación E 0aponificación "l #ndice de neutrali'ación de un lubricante es la cantidad en miligramos de -idró?ido de potasio necesarios para neutrali'ar el ácido libre contenido en gramo de aceite a la temperatura ambiente. "l #ndice de saponificación (/s) indica la cantidad en miligramos de -idró?ido de potasio necesarios para la saturación de los ácidos libres y combinados obtenidos en un gramo de aceite, es decir para la neutrali'ación de los ácidos y la saturación de los &steres. /ndice e lquitrán E e lquinatri'acion 9ndice de alquitrán es la cantidad de sustancias alquitranosas en valores porcentuales de un aceite. "l #ndice de alquitrani'ación se usa en procesos de enve+ecimiento artificial para establecer la predisposición del aceite a forma sustancias alquitranosas a temperaturas elevadas y en contacto con el aire. "n aceites en uso, se comprueba con ello su grado de desgaste o enve+ecimiento. "mulsionabilidad el ceite Una de las propiedades más importantes de los lubricantes para cilindros y turbinas a vapor, es la de su tendencia a formar emulsiones o me'clas intensas y duraderas con el agua. Untuosidad "s la capacidad del lubricante de llegar a formar una pel#cula de ad-erencia y espesor entre dos superficies desli'antes, quedando suprimido el ro'amiento entre ellas. "sta propiedad se anali'a de diferentes maneras: mediante el estudio de la tensión superficial, la capilaridad, los ángulos l#mites, las mediciones de absorción y de ad-esión, etc. $on el estudio de la f#sica molecular de los lubricantes, seg%n la capacidad de establecer el film de lubricante entre dos superficies, cabe distinguir entre ro'amiento l#quido y semil#quido. "l ro'amiento l#quido es el caso de la lubricación eficiente, en el que no e?iste ro'amiento entre las superficies sino entre las part#culas del lubricante. "l ro'amiento semil#quido (más com%n en la práctica) es aquel en que las superficies en movimiento se encuentran en diferentes partes.
3. Aspectos Generales De Los Lubricantes H$ómo está compuesto un lubricanteI Un lubricante está compuesto esencialmente por una base J aditivos. Las bases lubricantes determinan la mayor parte de las caracter#sticas del aceite, tales comoG !iscosidad, 3esistencia a la o?idación, 2unto de fluide'. Las bases lubricantes pueden ser 4ineralesG erivados del petróleo 0int&ticasG 7u#micas. unciones e Un Lubricante Los lubricantes son materiales puestos en medio de partes en movimiento con el propósito de brindar enfriamiento (transferencia de calor), reducir la fricción, limpiar los componentes, sellar el espacio entre los componentes, aislar contaminantes y me+orar la eficiencia de operación. 2or e+emplo, los lubricantes desempeKan tambi&n la función de selladores ya que todas las superficies metálicas son irregulares (vistas ba+o microscopio se ven llenas de poros y ralladuras "l lubricante llena los espacios irregulares de la superficie del metal para -acerlo liso, además sellando as# la potencia transferida entre los componentes. 0i el aceite es muy ligero (ba+a viscosidad), no va a tener suficiente resistencia y la potencia se va a escaparMsi el aceite es muy pesado o grueso (alta viscosidad), la potencia se va a perder en fricción e?cesiva (y calor). "n general cuando los anillos de un motor empie'an a fallar, se dice que el motor quema aceite, ya que el aceite se escapa entre los anillos y la camisa del pistón, perdiendo as# tambi&n potenciaM0i el aceite se ensucia, actuará como abrasivo entre los componentes, gastándolos. Los lubricantes tambi&n traba+an como limpiadores ya que ayudan a quitar y limpiar las part#culas de material que se desprenden en el proceso de fricción (figura N), ya que de otra forma estos actuar#an como abrasivos en la superficie del material. 1tro uso de los lubricantes es para impartir o transferir potencia de una parte de la maquinaria a otra, por e+emplo en el caso de sistemas -idráulicos (bomba de dirección, etc.). 5o todos los lubricantes sirven para esto y no todos los lubricantes deben cumplir esta función. Los lubricantes tambi&n contribuyen al enfriamiento de la maquinaria ya que acarrean calor de las 'onas de alta fricción -acia otros lados (radiadores, etc.) enfriándola antes de la pró?ima pasada. "n resumen, las principales funciones de los aceites lubricantes sonG isminuir el ro'amiento. • 3educir el desgaste • "vacuar el calor (refrigerar) • acilitar el lavado (detergencia) y la dispersancia de las impure'as. • 4inimi'ar la -errumbre y la corrosión que puede ocasionar el agua y los ácidos residuales. • ransmitir potencia. • 3educir la formación de depósitos duros (carbono, barnices, lacas, etc.) • 0ellar • H$ómo se clasifican los aceites lubricantesI Los lubricantes se diferencian porG 2or su composición. 2or su calidad. 2or su grado de viscosidad. 0eg%n su $omposición pueden serG e base mineral. e base semisint&tica. e base sint&tica. e no ser posible una clasificación se -abla de aceites minerales de base mi?ta.
Las bases minerales "s el componente mayoritario de los lubricantes, por lo que su calidad tiene gran influencia en la del producto final. Los aceites minerales son me'clas de -idrocarburos. ado que, en la mayor#a de los casos, se trata de compuestos de -idrocarburos en forma de cadena o de anillo, saturados y no saturados, la clasificación del aceite mineral es simple, presentando Las parafinas una proporción principal de base paraf#nica superior al OPQ. • Los naftenos una proporción principal de base naft&nica superior al OPQ. • Los aromáticos una proporción principal de aromáticos superior al P
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5.
estilación a presión atmosf&ricaG 0e separa del petróleo todas aquellas fracciones de ba+a volatilidad, que constituyen los combustibles conocidos como nafta, queroseno y gas oil. estilación al vac#oG "l petróleo crudo es reducido, siendo destilado al vac#o. 0e generan distintas fracciones de destilación conocidas como cortes de caracter#sticas diferentes. 3efinación con furfuralG La refinación con furfural constituye la primera etapa del proceso y tiene por ob+eto el e?traer mediante este solvente los -idrocarburos aromáticos que no poseen propiedades lubricantes. esparafinadoG "ste proceso elimina los componentes paraf#nicos para que los lubricantes sean l#quidos a temperaturas ba+as (-asta apro?imadamente D;< >$). "sto se reali'a mediante la e?tracción con una me'cla de solventes, e nfriamiento y filtración de las parafinas cristali'adas. Tidrotratamiento catal#ticoG tambi&n denominado -idrocrac@ed, se lleva a cabo mediante el tratamiento de los aceites desaromati'ados y desparafinados con el ob+eto de aumentar la resistencia a la o?idación y estabilidad de los mismos (esto %ltimo se consigue eliminando los compuestos nitrogenados). Una medida de la calidad y el grado de refinación es el color de aceite mineral base. 0e puede afirmar que para aceites de la misma viscosidad, cuanto menor el color me+or es su refinación. 0i la destilación no -a sido buena, el grado de parafinicidad, naftenicidad y aromaticidad modifican las propiedades del lubricante.
Las bases Tydrocrac@ed 0on el resultado de un comple+o proceso de -idrogenación catal#tico. "ste moderno sistema obtiene unos e?celentes resultados en la me+ora de viscosidad de las bases minerales. ambi&n son denominadas como bases minerales 5o $onvencionales. $omparados con aceites minerales clásicos que son 4onogrado, los aceites Tydrocrac@ed, ofrecen grandes venta+as, ya que son 4ultigrado y muc-o más resistentes a la o?idación. "s un e?celente producto para producir aceites de alta calidad con un costo reducido. Los ceites 0int&ticos 0on aquellos obtenidos %nicamente por s#ntesis qu#mica, ya que no e?isten en la naturale'a. Una de las grandes diferencias de los aceites sint&ticos frente a los minerales es que presentan una estructura molecular definida y conocida, as# como propiedades predecibles, fruto de esta información. Los productos que -asta -oy se conocen como lubricantes sint&ticos puede ser ubicado entre alguna de las siguientes familias citadas a continuaciónG 1. 21G 2oly lp-a 1lefines, son el resultado de una qu#mica del etileno que consiste en la reacción de polimeración de compuestos olef#nicos. 0on multigrado seg%n la clasificación 0" para motor y ca+as de cambio, y su punto de congelación es muy ba+o. ambi&n son conocidos como Tidrocarburos de s#ntesis, por ser construidos artificialmente con productos procedentes del crudo
petrol#fero. 0e aplican en aceites de uso frigor#fico por su propiedad de continuar fluidos a muy ba+a temperatura. 0i comparamos &ste con un aceite mineral tiene un mayor #ndice de viscosidad y una me+or resistencia a la o?idación. 2. steres orgánicosG 0e obtienen tambi&n por s#ntesis, es decir, de forma artificial, pero sin la participación de productos petrol#feros. l contrario de las bases anteriormente mencionadas, los "steres son producto de la reacción de esterificación entre productos de origen vegetal, tales como alco-oles y ácidos grasos de origen vegetal. 0on 4ultigrado y tienen un poder lubricante e?traordinario. los &steres, tienen propiedades sobresalientes, tales como alta Untuosidad, que es la capacidad de ad-erirse formando una capa limite continua sobre metales de e y l. "limina el tiempo de formación de pel#cula, reduciendo el desgaste producido en ese momento. 2osee propiedades autolimpiantes, ya que es capa' de evitar la formación de depósitos ad-eridos en las paredes internas del motor. 2oseen tambi&n e?celente resistencia a altas temperaturas y alt#sima Biodegradabilidad, por lo tanto, no rompe el equilibrio ecológico ya que son absorbido por las colonias bacterias sin causarles daKo. 0u grado de degradación biológica en estado puro y nuevo es cercano a ;<
plicación 2rincipal utomotri' e /ndustrial viación y utomotri' /ndustrial
$omparación e Las 2ropiedades e Las Bases.
)ase
,ineral
-idrocrac
/.A.0.
,ono*rado
,ulti*rado
,ulti*rado
ster
Propiedades
iscosidad
ndice de !iscosidad)a4o 155 /unto de con*elaci$n :esistencia a la o9idaci$n olatilidad Untuosidad )iode*radabilidad
)ueno 12561"5
,ulti*rado ,u7 )ueno )ueno 12561"5 13561%5 E9celente 6586 E9celente %5 6586%5
Débil 615861"
Débil 61"862"
)uena
)uena
,u7 buena
E9celente
,edia ;o ;o
,edia ;o ;o
E9celente ;o ;o
E9celente <í <í
. Los Aditi!os Los aditivos son sustancias qu#micas que se aKaden en pequeKas cantidades a los aceites lubricantes para proporcionarles o incrementarles propiedades, o para suprimir o reducir otras que le son per+udiciales. ditivos estinados 3etardar La egradación el Lubricante. ditivos etergentesDispersantes. Los aditivos detergentesDdispersantes tienen la misión de evitar que el mecanismo lubricado se contamine aun cuando el lubricante lo est&. La acción de estos dispersantes
es la evitar acumulaciones de los residuos, los cuales se forman durante el funcionamiento de la máquina o motor y mantenerlos en estado coloidal de suspensión por toda la masa del aceite. ditivos nticorrosivos y antio?idantes. 2ara proteger contra la corrosión a los materiales sensibles por una parte, y por otra para impedir las alteraciones internas que pueda sufrir el aceite por enve+ecimiento y o?idación, se -a acudido a la utili'ación de aditivos anticorrosivos y antio?idantes. ditivos ntidesgastes. $uando el aceite fluye establemente lubricando cremalleras, bielas, bombas de aceite y camisas de pistones, o cuando las partes a lubricar operan parcial o enteramente ba+o condiciones de lubricación l#mite, los aditivos antidesgaste son necesarios. gentes lcalinos. Los agentes alcalinos neutrali'an los ácidos provenientes de la o?idación del aceite de forma tal que no pueden reaccionar con el resto del aceite o la máquina. gentes ntiemulsificadores. Los agentes antiemulsificadores reducen la tensión interfacial de manera que el aceite puede dispersarse en agua. "n la mayor parte de las aplicaciones de lubricación la emulsificación es una caracter#stica indeseable. 0in embargo, e?isten aplicaciones en las cuales los aceites minerales están compuestos de materiales emulsificantes que los -acen miscibles en agua. Los llamados aceites solubles usados con refrigerantes y los lubricantes usados en operaciones de maquinarias dependen de agentes emulsificantes para su e?itosa aplicación como fluido de corte. ditivos me+oradores de las cualidades f#sicas del aceite lubricante. ditivos 4e+oradores del /ndice de !iscosidadG "l proceso de traba+o de estos aditivos puede e?plicarse como sigueG en presencia de ba+as temperaturas las mol&culas de estas sustancias se contraen ocupando muy poco volumen y se dispersan en el aceite en forma de min%sculas bolitas dotadas de una gran movilidad. $uando se eleva la temperatura, las mol&culas de la masa de aceite aumentan de velocidad y las mencionadas bolitas se agrupan formando estructuras bastantes compactas que se oponen al movimiento molecular del aceite base, lo cual se traduce en un aumento de la viscosidad de la me'cla. 4e+oradores del 2unto de luide' y congelación. Los mismos aditivos me+oradores o elevadores del #ndice de viscosidad se emplean para favorecer el punto de congelación y en consecuencia, el de fluide'. 0e aplican principalmente a los aceites paraf#nicos, ya que la parafina por su elevado punto de congelación es la principal productora de la falta de fluide' de los aceites, formando aglomeraciones y solidificaciones al descender la temperatura ditivos ntiespumantes. La presencia de cuerpos e?traKos en el aceite tales como gases, con temperaturas inferiores de los ;<< $, producen lo que los aceites minerales puros de por s# no pueden cortar la formación de espumas debido al gran espesor que les da la pel#cula lubricante. "stas burbu+as o espumas permanentes producen el paso del aceite por los conductos, tal como ocurre en los mecanismos con mandos -idráulicos. Los aditivos antiespumantes tienen la misión de evitar estas burbu+as y en la mayor parte de los casos act%an adelga'ando la envoltura de la burbu+a del aire, -asta su rotura modificando tensiones superficiales e interfaciales de la masa de aceite. ditivos 4e+oradores de la 1leosidad. 0e entiende por oleosidad la ad-erencia del aceite a las superficies metálicas de lubricar, debido en gran medida a la polaridad molecular contenida, que por ra'ón de su estructura se fi+an fuertemente a dic-as superficies. ditivos de "?trema 2resión. 2ara los aceites de equipos mecánicos sometidos a muy altas presiones, se emplean los aditivos "2 ("?trema 2resión), que disminuyen el desgaste de las superficies metálicas de desli'amiento, favoreciendo la ad-erencia del lubricante. "stos aditivos, reaccionan qu#micamente y forman capas mono y polomoleculares que se reconstruyen constantemente en los sitios de altas presiones por efectos de la fricción. e esta manera impiden el contacto metalDmetal, evitando los rompimientos o soldaduras de los mismos. "stos aditivos no siempre están e?entos de producir ligeras corrosiones, debido a la acción qu#mica que e+ercen. ditivos para umentar la 3igide' iel&ctrica. $asi siempre estos productos cumplen simultáneamente la doble misión de diel&ctricos y la de proporcionar longevidad a los lubricantes usados para fines de lubricación y funcionamiento de los transformadores el&ctricos.
". La #eoría De La Lubricaci$n. La lubricación es básica y necesaria para la operación de casi todas las maquinarias. 0in lubricación, casi todas las maquinarias no funcionan, o si funcionan lo -acen por poco tiempo antes de arruinarse. !arios estudios -ec-os en ""UU concluyeron que si la tecnolog#a actual de lubricación fuera accesible a toda la población, se me+orar#a el producto bruto interno un OQ. La industria de lubricantes constantemente me+ora y cambia sus productos a medida que los requerimientos de las maquinarias nuevas cambian y nuevos procesos qu#micos y de destilación son descubiertos. Un conocimiento básico de la tecnolog#a de lubricación te ayudará a elegir los me+ores lubricantes para cada necesidad. ipos de Lubricación "l tipo de lubricación que cada sistema necesita se basa en la relación de los componentes en movimiento. Tay tres tipos básicos de lubricaciónG por capa l#mite, -idrodinámica, y me'clada. 2ara saber qu& 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. La lubricación l#mite ocurre a ba+a velocidad relativa entre los componentes y cuando no -ay una capa completa de lubricante cubriendo las pie'as. urante lubricación lim#trofe, -ay contacto f#sico entre las superficies y -ay desgaste. La cantidad de desgaste y fricción entre las superficies depende de un n%mero de variablesG la calidad de las superficies en contacto, la distancia entre las superficies, la viscosidad del lubricante, la cantidad de lubricante presente, la presión, el esfuer'o impartido a las superficies, y la velocidad de movimiento. odo esto afecta la lubricación por capa l#mite. "n alg%n momento de velocidad cr#tica la lubricación lim#trofe desaparece y da lugar a la Lubricación Tidrodinámica. "sto sucede cuando las superficies están completamente cubiertas con una pel#cula de lubricante. "sta condición e?iste una ve' que una pel#cula de lubricante se mantiene entre los componentes y la presión del lubricante crea una ola de lubricante delante de la pel#cula que impide el contacto entre superficies. Ba+o condiciones -idrodinámicas, no -ay contacto f#sico entre los componentes y no -ay desgaste. 0i los motores pudieran funcionar ba+o condiciones -idrodinámicas todo el tiempo, no -abr#a necesidad de utili'ar ingredientes antidesgaste y de alta presión en las fórmulas de lubricantes. E el desgaste ser#a m#nimo. La propiedad que más afecta lubricación -idrodinámica es la viscosidad. La viscosidad debe ser lo suficientemente alta para brindar lubricación (lim#trofe) durante el inicio del ciclo de funcionamiento del mecanismo con el m#nimo de desgaste, pero la viscosidad tambi&n debe ser lo suficientemente ba+a para reducir al m#nimo la fricción viscosa del aceite a medida que es bombeada entre los metales (co+inetes) y las bancadas, una ve' que llega a convertirse en lubricación -idrodinámica. 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 espec#fica. "sto es que cuanto más ba+a la viscosidad, menos energ#a se desperdicia bombeando el lubricante. $lasificación 0" (0ociedad de /ngenieros utomotores) $lasificación de !iscosidad utili'ando como unidad de medida el $entisto@e (c0t) a;<
a
0e caracteri'an porque tienen solo un grado de viscosidad. $uando vienen acompaKados de la letra W (Winter) indica que el aceite permite un fácil arranque del motor en tiempo fr#o (temperatura por deba+o de
ceites 4ult#grados "stos aceites tienen más de un grado de viscosidad 0". "+. ;PW=<. 2oseen un alto #ndice de
viscosidad lo cual les da un comportamiento uniforme a diferentes temperaturas, tanto en clima fr#o con en clima cálido. Una de las venta+as más importantes de los aceites multigrados con respecto a los un#grados, es el a-orro de combustible debido a la disminución de la fricción en las diferentes partes del motor, principalmente en la parte superior del pistón. Los n%meros 0". Los n%meros 0" de viscosidad constituyen clasificaciones de aceites lubricantes en t&rminos de viscosidad solamente. Los valores oficiales de <> y ;<> son los especificados en la clasificación. Los grados $entisto@es representan la viscosidad cinemática y los centispoises la dinámica. La siguiente tabla muestra como se determinan los 5%meros 0".
%. Deter&inaci$n de las propiedades de los aceites lubricantes "nsayo e !iscosidad La máquina para ensayos de viscosidad con la que cuenta el laboratorio de nuestra universidad (fig. ;), consta de un cilindro de vidrio transparente lleno de vaselina medicinal l#quida iluminado a tubos de desde el fondo por una lu', en el cual se colocan pipetas (unos vidrio normali'ados que contienen al aceite y sirven para efectuar la medición de viscosidad). "l ob+etivo del baKo de vaselina es alcan'ar la temperatura b de ensayo (=<>$ y ;<<>$) y -omogenei'ar esta en toda la superficie del tubo que contiene el aceite. "sto se consigue mediante una resistencia el&ctrica, un agitador, y un sistema electrónico de termostato que censa y regula la temperatura. odo el dispositivo se encuentra encerrado en una ca+a transparente para evitar el intercambio de calor entre el cilindro y el medio. "ste es un sistema de medición 1 indirecto de la viscosidad. 2ara reali'ar el ensayo se procede como sigueG 1. 4ediante una propipeta o pera se bombea aire desde el e?tremo ; del tubo para que el aceite llegue a llenar el bulbo de la pipeta -asta la marca a de la parte calibrada del tubo. 2. 0e quita la presión del aire y se toma el tiempo que el aceite tarda en vaciar el bulbo de la marca a -asta la b pasando por un tubo calibrado. 3. $on el tiempo registrado se ingresa a una tabla de equivalencias, a la cual se afecta tambi&n con la constante del tubo, obteniendo as# el valor de la viscosidad a la temperatura de ensayo. "nsayo e $uatro Bolas La máquina para reali'ar este ensayo consta de N bolillas calibradas de acero que sirven de asiento para la cuarta bolilla. "stas = bolillas están en contacto entre s# sumergidas en un baKo del aceite a ensayar y las tres inferiores están conectadas a un torqu#metro de 'afe censado por un sistema electrónico. La bola superior, que gira con una velocidad normali'ada, es cargada normalmente de modo que e+er'a presión sobre las N bolillas fi+as. "sta presión se incrementa gradualmente -asta que se empie'an a producir pequeKas soldaduras entre las bolillas debido a la ruptura de la capa lubricante que las protege, quedando en contacto directo unas con otras. "stas soldaduras ocasionan una transferencia de torque desde la bolilla superior a las N inferiores, transferencia de movimiento que antes no e?ist#a por la presencia de una capa del lubricante. "sta transferencia es detectada por el torqu#metro y mediante un sistema informático se elabora un gráfico del ensayo. "l ensayo se repite varias veces para corroborar los resultados. $abe aclarar que las bolillas se inutili'an luego de cada ensayo. "l resultado de este ensayo nos indica a que presión se rompe la capa efectiva de protección del lubricante. $omo resultado mas importante de este ensayo, podemos destacar que nos indica -asta que presión puede traba+ar el lubricante sin perder sus propiedades caracter#sticas. demás, este ensayo es aplicable tambi&n para las grasas.
'. Grasas lubricantes Las grasas son usadas en aplicaciones donde los lubricantes l#quidos no pueden proveer la protección requerida. "s fácil aplicarlas y requieren poco mantenimiento. "stán básicamente constituidas por aceite (mineral o sint&tico) y un +abón espesante que es el Xtransporte X del aceite, siendo este %ltimo el que tiene las propiedades lubricantes, no as# el +abón. Las principales propiedades de las grasas son que se quedan ad-eridas en el lugar de aplicación, provee un sellamiento y un espesor laminar e?tra. La lubricación por grasa posee ciertas venta+as en relación con la lubricación por aceiteG La construcción y el diseKo son menos comple+os. menudo menor mantenimiento, al ser posible la lubricación de por vida. 4enor riesgo de fugas y +untas de estanqueidad más sencillas. "fica' obturación gracias a la salida de la grasa usada, es decir, la Xformación de cuellos de grasaY. $on grasas para altas velocidades, cantidades de grasa dosificadas y un proceso de roda+e pueden obtenerse ba+as temperaturas del co+inete a elevado n%mero de revoluciones. 2ero tambi&n posee desventa+as como serG 5o es posible la evacuación de calor. La pel#cula de grasas absorbe las impure'as y no las e?pulsa, sobre todo en el caso de lubricación con cantidades m#nimas de grasa. 0eg%n el nivel actual de conocimientos, menores n%meros l#mites de revoluciones o bien factores de velocidad admisibles en comparación con la lubricación por inyección de aceite y la lubricación por pulveri'ación. $lasificación e Las Crasas Lubricantes La clasificación de las grasas lubricantes no está regulada de forma clara. causa de las m%ltiples aplicaciones y de las diferentes composiciones, las grasas se clasifican principalmente seg%n su aceite base o su espesante. ceite baseG "l aceite contenido en una grasa se denomina aceite base. 0u porcenta+e var#a seg%n el tipo y la cantidad de espesante, as# como seg%n la aplicación prevista de la grasa lubricante. "l porcenta+e de aceite base se sit%a en la mayor#a de las grasas entre ZP y SOQ. "l tipo de aceite base aporta a la grasa alguna de sus propiedades t#picas. "spesantesG Los espesantes se dividen en dos gruposG los organometálicos (+abón) y los no organometálicos, y confieren a las grasas lubricantes su comportamiento t#pico. Las grasas lubricantes de +abón se dividen en grasas lubricantes de +abón comple+o y normal, tomando su denominación seg%n el catión básico del +abón (p. e+. grasas lubricantes de +abón de litio, sodio, calcio, bario, aluminio). "stos +abones se elaboran a partir de ácidos grasos, que son productos obtenidos de aceites y grasas animales y vegetales. "n una unión de estos ácidos con los -idró?idos metálicos correspondientes se produce la formación de +abones utili'ados como espesantes para la fabricación de grasas lubricantes. "sta subdivisión seg%n cationes de +abón es especialmente significativa. Los cationes aportan importantes caracter#sticas espec#ficas del producto, por e+emplo, el punto de goteo de las grasas de +abón de calcio asciende a [ ;N
Los aditivos pueden alterar el comportamiento de las grasas lubricantes. Los factores que influencian la selección de aditivos sonG 3equerimientos de desempeKo (aplicación del producto) \ $ompatibilidad (reacciones) $onsideraciones ambientales (aplicación del producto, olor, biodegradabilidad, disposición) $olor $osto 4uc-os de los aditivos son qu#micamente activos, esto es, ellos producen su efecto a trav&s de reacciones qu#micas ya sea con el medio, o con la superficie metálica. lgunos aditivos activos qu#micamente sonG /n-ibidores de o?idación. • nticorrosivos. • gentes de e?trema presión y antirrecubrimiento. • Los aditivos que afectan las propiedades de la grasa, como la estructura, tolerancia al agua, sonG 4odificadores de viscosidad • epresantes de punto de congelación • gentes antiespumantes • "mulsificadores • emulsificadores. • 0ustancias activas sólidasG "l grafito, el disulfuro de molibdeno, el sulfuro de cinc, talco, politetrafluoroetileno, etc. se incorporan en las grasas en forma de polvo o pigmentos. ct%an en la 'ona de fricción l#mite y mi?ta. Las sustancias activas sólidas me+oran el proceso de roda+e y el comportamiento de lubricación de emergencia. 0ustancias activas polaresG Las sustancias polares son mol&culas de -idrocarburo que, como consecuencia de su estructura molecular, es decir, mediante la absorción de otros elementos como o?#geno, a'ufre y cloro, de+an de ser el&ctricamente neutros y, en combinación con superficies metálicas, permanece n retenidas como con un imán. "l contenido de sustancias polares aumenta el efecto de ad-erencia de la pel#cula lubricante: los -idrocarburos puros son Xno polaresY. 0ustancias activas pol#merasG La interdependencia entre la temperatura y la viscosidad de los aceites minerales puede reducirse mediante las sustancias activas. 2or regla general los pol#meros me+oran la protección contra el desgaste de los lubricante. Los poliisobutilenos y los pol#meros de olefina, entre otros, son aditivos me+oradores de la ad-erencia para las grasas lubricantes. "nsayos e Crasas Lubricantes ebe distinguirse entre ensayos qu#micoDf#sicos y mecánicoDdinámicos. 0irven para establecer los datos caracter#sticos tribot&cnicos de las grasas. "stas pruebas tambi&n son de especial importancia para el control de calidad durante la fabricación. La orientación se efect%a seg%n los valores teóricos y las tolerancias admisibles*fi+adas en la fórmula o en la norma de taller. "n ocasiones, estos valores vienen indicados previamente como especificaciones de producto, por e+emplo, por parte de los fabricantes de automóviles. "n muc-os casos e?iste un acuerdo individual sobre determinados valores y controles de aceptación entre los usuarios y los fabricantes de grasas. Los ensayos normali'ados seg%n /5, /2, 04, 40, 0", etc. ofrecen m%ltiples bases de ensayo, que son complementadas a nivel individual mediante tests especiales. Los resultados de los ensayos y tests de funcionamiento reali'ados en condiciones similares a las reales, p. e+. en bancos de pruebas para grasas de rodamientos, ofrecen conocimientos de gran utilidad, si bien nunca podrán sustituir a los ensayos reales y a las e?periencias resultantes de los mismos. "nsayo e 2enetración "ste ensayo se -ace para determinar el grado de resistencia a la penetración (grado 5.L.C./.) que tienen las grasas, de forma similar a la que se mide la dure'a de los materiales.
La diferencia entre un grado de penetración o Xdure'aY de una grasa y otra, es muy importante a la -ora de elegir una grasa para una determinada aplicación. 2or e+emplo, una grasa muy dura no ser#a adecuada para la lubricac
;LGI <<< << < ; N = P ]
/E;E#:A=I0; ==P*=OP =<<*=N< NPP*NZP N;Z*N=< ]P*SP <*P< ;OP*
E<#:U=#U:A luida $asi fluida "?tremadamente blanda 4uy blanda Blanda 4edia 0ólida 4uy sólida "?tremadamente sólida
eterminación el 2unto e Coteo "l aparato para reali'ar este ensayo consta de un envase cil#ndrico de vidrio pyre? que contiene un aceite siliconado. entro de este envase se sumerge un tubo de vidrio especial, similar a un tubo de ensayo, dentro del cual se coloca un dispositivo que contiene una pequeKa muestra de grasa y tiene un pequeKo orificio en la parte inferior. "n contacto con la muestra se coloca un termómetro (para medir la temperatura de la grasa), y otro en el baKo de aceite para determinar la temperatura de este. Una resistencia el&ctrica calienta el aceite siliconado -asta que del dispositivo que contiene a la grasa cae la primer gota de aceite que se separa de la grasa por efecto de la temperatura. "n ese momento se registra la temperatura de la grasa con el termómetro y esta se denomina temperatura del punto de goteo, propiedad particular de cada grasa. "ste punto es la temperatura má?ima a la que puede operar una grasa antes de que el aceite se separe del +abón.
(. )iblio*ra+ía ceites y lubricantes industriales F 0u tecnolog#a y aplicación F E2 Lubricación para motores de combustión interna (4aterial enviado por "L 3C"5/5) Cu#a para mecánicos F ivisión lubricantes E2D 3evista X5otit&cnico 5ro ;Y de 0-ell 3evista $JT (ire comprimido e -idráulica) puntes de /ngenier#a 4ecánica /// D U5 $órdoba D /nvestigación en /nternetG www.firm.utp.ac.pa*biblioteca*cursos*aditivos FUniversidad ecnológica de 2anamá F www.idpaparatos.com F "quipos y aparatos para el control de calidad de lubricantes y derivados del petróleo. www.patagonia=?=.com.ar*profe*entendiendo.-tm Frt#culo X"ntendiendo la lubricación y los lubricantesY 2rof. aniel 0tarc F /ng. Rulio . 3ubio Lope' www.s-ell.com*arDes*directory*<,=PZN,Z;],<<.-tm F escripción de los lubricantes y sus aplicaciones gradecimientos l /ng. 0ara por su tiempo y por cedernos los laboratorios de la universidad. "delmar Bonino por facilitarnos las muestras de aceite y catálogos. $laudio $abrera, 5icolás /mvin@elried, Lucas /mvin@elried, 2aulo 2aravano, 4ario 4ier@e y 3odolfo 1taKo por el material cedido y su colaboración. 4elina Busso y $arolina ttalla- por facilitarnos los scanners.
U13"0G riel rgento F Bruno Bonino F 2ablo Brusco F "'equiel $ometto F Con'alo Carc#a D Ternán 0olaro "studiantes de do aKo de /ngenier#a /ndustrial U5 acultad 3egional 3afaela "ste traba+o esta originalmente ilustrado con imágenes y gráficos, as# como tambi&n se profundi'an un poco mas algunos temas. ic-as imágenes no fueron incluidas en el presente informe por una cuestión de capacidad (el arc-ivo original tiene Nmb). 0i están interesados, contáctese v#a eDmail y les mandaremos los arc-ivos restantes.
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