Aceites minerales Los aceites minerales, están constituidos casi exclusivamente por mezclas de hidrocarburos de largas cadenas carbonadas resultantes de la destilación fraccionada del petróleo, estas fracciones se obtienen a temperaturas de evaporación mayores que la fracción de combustibles Diesel, y por debajo de la de los aceites superpesados, asfaltos y alquitranes presentes en el petróleo original. Aunque de manera natural, estas mezclas de hidrocarburos de carácter aceitoso presentan muy buenas características como lubricantes (aceite mineral puro) en condiciones normales; son suceptibles al cambio de sus propiedades a valores no deseables cuando se someten a las condiciones de alta temperatura, presión, elevada agitación y contaminantes, comunes en el trabajo en las máquinas actuales, especialmente en aplicaciones como los motores de combustión interna. En algunas aplicaciones se puede, y hasta es conveniente, la utilización de estos aceites minerales puros con objetivos lubricadores, pero, lo mas común es, que en la inmensa mayoría de los aceites comerciales se hayan agregado a las bases de aceite mineral puro, otras sustancias que sirven para incrementar las capacidades funcionales de la base. A estas sustancias agregadas se les conoce como aditivos. Veamos ahora algunas características de los aditivos mas comunes e importantes:
Antioxidantes Cuando los aceites minerales puros se someten a temperaturas elevadas en presencia de oxígeno (aire), los hidrocarburos que los constituyen sufren un lento proceso de oxidación en la que el hidrocarburo reacciona con el oxígeno para formar otras sustancias, incluyendo ácidos orgánicos derivados. Resultado de esta oxidación se modifican cualidades importantes para su efectividad como lubricante, las principales son:
Se incrementa la acidez del aceite, por lo que el lubricante se torna mas agresivo con las partes metálicas, especialmente las no ferrosas. Se modifica la viscosidad, esto significa que se altera su capacidad de formación de una película que evite el contacto directo de las superficies en movimiento relativo para la aplicación específica. Ambas cualidades son evidentemente indeseables en el aceite.
La velocidad de oxidación de un aceite está condicionada por dos factores:
La temperatura: Mientras mas alta la temperatura de trabajo, mayor será la oxidación, esta relación no es lineal, la duplicación de la temperatura de trabajo puede producir un incremento mucho mayor que la duplicación de la velocidad de oxidación. La presencia de ciertas sustancias: La presencia de azufre en el material original o agregado, la adición de agua o de aceite ya oxidado, ácidos agregados o auto-producidos, partículas metálicas de cobre o hierro y otras, catalizan la oxidación acelerándola. Esta oxidación de los aceites es inevitable, pero puede ser disminuida notablemente utilizando aditivos de tipo alcalino que van neutralizando los ácidos formados durante el trabajo. No obstante, tarde o temprano los aditivos neutralizadores se irán agotando al reaccionar con los ácidos presentes, y finalmente en un plazo mayor o menor el aceite debe ser cambiado por nuevo. La utilización de filtros adecuados va retirando del aceite las partículas catalizadoras en suspensión y el uso de una base "libre de azufre" son elementos muy importantes en la vida útil del lubricante.
Antiespumantes En las condiciones de extrema agitación a las que están sometidos los aceites en la máquinas rápidas actuales, estos pueden retener pequeñas burbujas de aire en el interior de su masa, formando una emulsión de carácter espumoso. Esta espuma tiene dos inconvenientes:
Interrumpe la integridad del aceite, por lo que la película fluida que soporta la carga entre las dos piezas cargadas con movimiento relativo (cojinetes) puede quedar fraccionada e inestable con la consecuente posibilidad de contacto físico de las superficies y su elevado desgaste. La viscosidad neta de la emulsión es diferente a la del aceite no emulsionado, por lo que se produce el cambio de un elemento muy importante en la estabilidad del estado de la lubricación, la que puede pasar incluso a lubricación límite. Ciertas sustancias tienen la capacidad de reducir la tensión superficial del aceite y con ello, facilitan la unión de las burbujas pequeñas formadas en la masa del aceite a burbujas mas grandes. Estas grandes burbujas que no se estabilizan en la emulsión, suben a la superficie del aceite en el depósito y se rompen para liberar el aire.
Estabilizadores de la viscosidad
Uno
de los elementos mas importantes y que salen de la mesa del proyectista de una máquina, es
la viscosidad del aceite que será utilizado como lubricante es sus partes en movimiento. Solo con lubricantes con viscosidad igual o muy próxima a la de diseño, se garantizará las condiciones adecuadas de lubricación para lograr la expectativa de v ida útil de la máquina. Sin embargo, los aceites naturales utilizados como base para la fabricación de los lubricantes tiene una marcada tendencia a la disminución de la viscosidad con el aumento de la tem peratura. Esta tendencia produce el efecto negativo de que la calidad de la lubricación en la máquina, se vea afectada por la temperatura del aceite y el cambio de viscosidad resultante. La temperatura del aceite a su vez estará condicionada por la temperatura ambiente, los diferentes estados de carga de la máquina o en los periodos de arranque frío después de un largo reposo. Para palear este problema, ya que no se resuelve totalmente, a las bases de aceite mineral puro se le agregan sustancias que mejoran la relación viscosidad-temperatura. Estas sustancias tienen la capacidad de realizar una suerte de polimerización reversible, que produce moléculas mas grandes y de menor movilidad dentro de la masa del aceite cuando la temperatura crece, y mas pequeñas y mas fluidas cuando baja, produciendo un efecto de cambio de la viscosidad contrario a las del aceite base por lo que la viscosidad de la mezcla resulta un tanto estabilizada.
Reductores del punto de gelificación Las mezclas de hidrocarburos a temperaturas muy bajas, pero perfectamente al canzables en zonas geográficas frías, pasan a un estado de gel, se soli difican. Este estado reduce casi a cero la fluidez del aceite cosa inaceptable en un lubricante. Para mejorar esta situción se agregan sustancias que bajan la temperatura de gelificación. Se dice que estas sustancias son capaces de rodear los micro cristales parafínicos de los hidrocarburos en gelificación evitando su unión en cristales mas grandes que inmovilizarían la masa de aceite.
Detergentes En aquellos casos donde el aceite de lubricación puede estar en c ontacto con superficies a muy elevada temperatura, como en los motores de combustión interna, estos pueden producir polímeros densos en forma de finos sólidos en suspensión que luego se depositan en las superficies por donde circula, formando duras capas de lacas, barnices o barros endurecidos que pueden obstruir los conductos de circulación del lubricante.
En otros casos al aceite pueden ir a parar por combustión incompleta sustancias de la misma naturaleza con el mismo resultado final. Para evitar la sedimentación de estas partículas, se agregan sustancias al material base que las mantienen en suspensión y puedan ser retenidas por los filtros, o, en el peor de los casos, se sedimenten en el depósito principal. Estos detergentes tienen carácter alcalino por lo que también producen un efecto antioxidante al reaccionar con los ácidos del aceite. En ocasiones de les llama aditivos dispersantes.
Aditivos para extrema presión Ciertos aceites se usan en maquinarias donde tienen que servir como lubricantes entre dos superficies entre las cuales se produce una extrema presión de contacto como el caso de los engranajes que trasmiten elevadas cargas. Estas extremas presiones pueden romper completamente la película de lubricante entre las superficies, establecerse contacto intenso entre las piezas, y producirse micro soldaduras que las erosionan . Para aumentar la resistencia al rompimiento de la película de lubricante se usan los aditivos de extrema presión. Hay muchas variantes de aditivos para este propósito, pero los mas comunes son sustancias a base de fósforo o azufre que liberan, por la propia presión elevada de contacto, estos elementos como una capa muy adherida a las superficies en contacto , evitando así la interacción metálica plena. Son materiales que poco a poco se agotan en el lubricante por lo que de tiempo en tiempo debe sustituirse el lubricante viejo por nuevo, o en casos especiales, agregar mas aditivo.
Prácticamente hoy en día, todos los tipos de aceites co ntienen al menos un aditivo y un número bastante representativo de estos, varios tipos diferentes. El porcentaje por volumen de aditivos utilizados en un aceite varía entre el 0,1 (aceites para transformadores) y el 30% (aceites automotores) por volumen. Adicionalmente a los efectos beneficiosos que producen, los aditivos pueden tener efectos colaterales perjudiciales, especialmente si la dosis es excesiva, si ocurren reacciones entre ellos o se usan en la aplicación equivocada. Por esto, es responsabilidad del fabricante del aceite obtener un balance exacto entre los diferentes aditivos para que el desempeño del lubricante sea el óptimo, y asegurarse por medio de análisis de l aboratorio y pruebas de campo que la combinación
de los aditivos lograda no produce efectos colaterales indeseables; si esto se logra, es usualmente innecesario y además no recomendable que se le agreguen por el operador aditivos adicionales a un aceite que se encuentra trabajando en una máquina.
CLASIFICACION DE LOS ACEITES LUBRICANTES POR SU ORIGEN Aceites Minerales: Los aceites minerales proceden del Petroleo, y son elaborados del mismo despues de múltiples procesos en sus plantas de producción, en las Refinarías. El petroleo bruto tiene diferentes componentes que lo hace indicado para distintos tipos de producto final, siendo el más adecuado para obtener Aceites el Crudo Parafínico.
Aceites Sintéticos: Los Aceites Sintéticos no tienen su origen directo del Crudo o petroleo, sino que son creados de Sub-productos petrolíferos combinados en procesos de laboratorio. Al ser más largo y complejo su elaboración, resultan más caros que los aceites minerales. Dentro de los aceites Sintéticos, estos se puden clasificar en: y
OLIGOMEROS OLEFINIC OS
y
ESTERES
y
POLIGLICOLES
y
FOSFATO ESTERES
ORGANICO
ADlTIVOS DE LOS ACEITES LUBRICANTES INDUSTRIALES
ADITIVOS ANTIDESGASTE: La finalidad de los lubricantes es evitar la fricción directa entre dos superficies que están en movimiento, y estos aditivos permanecen pegados a las superficies de las partes en movimiento, formando una película de aceite, que evita el desgaste entre ambas superficies.
ADITIVOS DETERGENTES: La función de estos aditivos es lavar las partes interiores en el motor, que se ensucian por las partículas de polvo, carbonilla, etc., que entran a las partes del equipo a lubricar, motor, etc.
ADITIVOS DISPERSANTES: Este tipo de aditivos pone en suspensión las partículas que el aditivo detergente lavó y las disipa en millones de partes, reduciendo su impacto para la zona a lubricar.
CLASIFICACION DE LOS ACEITES LUBRICANTES PARA MOTORES y
SAE (Society of AutomotiveEngineers) - Sociedad de Ingenieros Automotrices
y
API (American PetroleumInstitute) Instituto Americano del Petróleo
y
ASTM (American SocietyforTestingMaterials) - Sociedad Americana de Prueba de Materiales
y
Otras
clasificaciones de fabricantes, etc.
SAE - GRADO DE VISCOSIDAD DEL ACEITE El índice SAE, TAN solo indica como es el flujo de los aceites a determinadas temperaturas, es decir, su VISCOSIDAD. Esto no tiene que ver con la calidad del aceite, contenido de aditivos, funcionamiento o aplicación para condiciones de ser vicio especializado.
La clasificación S.A.E. está basada en la viscosidad del aceite a dos temperaturas, en grados Farenheit, 0ºF y 210ºF, equivalentes a -18º C y 99º C, estableciendo ocho grados S.A.E. para los monogrados y seis para los multigrados. Grado SAE
Viscosidad Cinemática cSt @ 100°C
0W
3,8
5W
3,8
10W
4,1
15W
5,6
20W
5,6
25W
9,3
20
5,6 - 9,3
30
9,3 - 12,5
40
12,5 - 16,3
50
16,3 - 21,9
60
21,9 - 26,1
Por ejemplo, un aceite SAE 10W 50, indica la viscosidad del aceite me dida a -18 grados y a 100 grados, en ese orden. Nos dice que el ACEITE se comporta en frío como un SAE 10 y en caliente como un SAE 50. Así que, para una mayor protec ción en frío, se deberá recurrir a un aceite que tenga el primer número lo más bajo posible y para obtener un mayor grado de protección en
caliente, se deberá incorporar un aceite que posea un elevado número para la seg unda.
API - CATEGORIA DE SERVICIO Los rangos de servicio API, definen una calidad mínima que debe de tener el aceite. Los rangos que comienzan con la letra C (Compression (compresión) por su sigla en ingles) son para motores
tipo DIESEL, mientras que los rangos que comienzan con la letra S (Spark (chispa) - por su sigla en ingles) son para motores tipo GASOLINA. La segunda letra indica la FECHA o época de los rangos, según tabla adjunta.
ACEITES MOTORES GASOLINA
ACEITES MOTORES DIESEL
SA
ANTES 1950
CA
ANTES 1950
SB
1950-1960
CB
1950-192
SC
1960-1970
CC
1952-1954
SD
1965-1970
CD/CD II
1955-1987
SE
1971-1980
CE
1987-1992
SF
1981-1987
CF/CF-2
1992-1994
SG
1988-1992
CF-4
1992-1994
SH
1993-1996
CG-4
1995-200
SJ
1997-2000
CH-4
2001
SL
2001
"4" = 4 Tiempos
FLUIDOS HIDRÁULICOS. En principio cualquier líquido es apropiado para transmitir energía de presión. No obstante, el líquido utilizado en un sistema hidráulico tiene que cumplir con ciertas condiciones adicionales, por lo que no hay muchas alternativas. El agua genera problemas de corrosión, congelación y vi scosidad.
Funciones de los fluidos sometidos a presión. Transmitir presión. Lubricar las partes móviles de los equipos. Refrigerar, es decir, derivar el calor producido por la transformación de energía. Amortiguar vibraciones causadas por picos de presión. Proteger contra la corrosión. Eliminar partículas abrasivas. Transmitir señales. Los aceites elaborados en base mineral cumplen con prácticamente todos los requisitos normales que se plantean, en consecuencia son los mas difundidos.
Fluidos hidráulicos. Aceite hidráulico a base de aceite mineral. Fluidos hidráulicos poco inflamables. Fluidos hidráulicos no contaminantes. Fluidos hidráulicos especiales (sintéticos).
Características. Para que los aceites hidráulicos puedan cumplir con los requisitos antes planteados, tienen que contar con algunas características según su aplicación: Densidad lo mas baja posible. Poca compresibilidad. Viscosidad no demasiado baja (películas lubricantes).
Buenas características de viscosidad en función de la temperatura. Buenas características de viscosidad en función de la presión. Buena resistencia al envejecimiento. Compatibilidad con otros materiales.
FESTO DIDACTIC Fluidos hidráulicos Hidráulica Industrial H-511 16 Además, los aceites hidráulicos deben cumplir con las siguientes condiciones: Segregar aire. No formar espuma. Resistencia al frío. Ofrecer protección contra el desgaste y la corrosión. Capacidad de segregación de agua.
Viscosidad. La viscosidad informa sobre las fricciones internas del fluido, es decir, es un parámetro que indica que tan fácilmente fluye un líquido. Una
viscosidad demasiado baja provoca mas fugas. La película lubricante es más
delgada, por lo que puede romperse mas fácilmente. En este caso disminuye la protección contra el desgaste. A pesar de ello es preferible utilizar aceite de baja viscosidad ya que por su menor fricción se pierde menos presión y potencia. Una
viscosidad elevada causa mas fricción, lo que provoca pérdidas de presión y
calentamiento especialmente en las zonas de estrangulamiento. De este modo se dificulta el arranque en frío y la segregación de agua, por lo que existe una mayor tendencia a desgastes por abrasión. El margen de viscosidad ideal está entre 15 y 100 mm2/s.
Límites de viscosidad.
En las aplicaciones deberán tenerse en cuenta las características de la viscosidad de los fluidos en función de la temperatura, puesto que la v iscosidad del fluido cambia según la temperatura. Cuanto mayor es el índice de viscosidad, tanto menos varía su viscosidad o en otras palabras, tanto mayor es el margen de temperaturas dentro del cual puede utilizarse el aceite. Los aceites minerales con alto índice de viscosidad también son denominados aceitesmultígrado. Estos aceites son utilizados en todos aquellos casos en los que se trabaja con temperaturas muy variadas.
