DESGASTE ABRASIVO Como desgaste abrasivo se entiende la modificación de las capas superficiales de los cuerpos sólidos producto de la acción de asperezas o partículas libres de alta dureza al deslizarse sobre otra superficie de menor resistencia mecánica.
Las causas del desgaste abrasivo son: •
La penetración de las asperezas de alta dureza en las capas superficiales de la otra superficie en contacto.
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LA penetración de partículas libres de alta dureza, producto del medio o del mismo proceso de desgaste; en las capas superficiales de los elementos de máquina.
Bajo la acción de partículas y dependiendo de la forma y dimensiones de las mismas; así como de la relación de dureza, resistencia y fluencia; condiciones del medio, de la carga aplicada se pueden presentar diferentes mecanismos del desgaste abrasivo:
Mecanismo de microcorte: •
Si la penetración de la partícula abrasiva sobrepasa cierto valor
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si la partícula presenta cantos vivos
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si la dureza del abrasivo es superior a la del material
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si se sobrepasa el límite de rotura del material.
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Se produce el microcorte de las superficies generándose partículas de desgaste en forma de limallas o virutas.
Mecanismo de deformación plástica: •
Si las partículas son pulidas (sin cantos vivos)
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tensiones por debajo del límite de rotura del material
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bajo grados de penetración
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se produce la deformación plástica de las capas superficiales
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trayendo como consecuencia la ralladura, arrugado de la superficie con poca generación de partículas de desgaste.
Tipos de desgaste abrasivo. •
Desgaste contacto-abrasivo: Producido por las asperezas o micro-irregularidades superficiales al penetrar y deslizarse sobre el otro cuerpo; conocidos también como desgaste por partículas fijas.
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Desgaste contaminante-abrasivo: Producido por la acción de partículas libres, proveniente de diferentes medios; las cuales deforman plásticamente y/o cortan las capas superficiales.
Ensayo para el desgaste abrasivo EL MAS TÍPICO ES el llamado “roll paper”, y se trata de un cilindro con papel de lija en la superficie (1), con el que conociendo las condiciones y parámetros del ensayo como velocidad (rpm), tipo de abrasivo, peso de la carga, etc, podremos conocer el comportamiento posterior del material controlando la masa perdida en la probeta (pieza negra) durante el ensayo.
Control del desgaste abrasivo. Los factores que hacen disminuir son: •
Aumento de la dureza de las capas superficiales de los elementos de máquinas.
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Incremento del contenido de carbono y de carburos duros hasta un por ciento determinado en dependencia del material.
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Control de la relación de dureza metal-abrasivo (Hm/Ha).
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Disminución del tamaño de las partículas abrasivas.
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Evitar la entrada de partículas abrasivas provenientes del medio.
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Facilitar la salida de las partículas abrasivas producto del desgaste.
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Selección adecuada del ángulo de ataque de las partículas en dependencia de los materiales utilizados.
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Disminución de las cargas y velocidades.
OPERACIÓN DEL INYECTOR
ETAPA 1
El pistón del inyector (2) está en su posición normal o de “descanso”. La cámara de descarga (3) se llena con lubricante proveniente del ciclo anterior. Bajo la presión del lubricante de entrada (6), la válvula de deslizamiento (5) está a punto de abrir el paso (4) que lleva a la cámara de medición (1) sobre el pistón del inyector (2).
ETAPA 2
Cuando la válvula de deslizamiento (5) destapa el paso (4), el lubricante (6) entra a la cámara de medición (1) sobre el pistón del inyector (2) que fuerza al lubricante desde la cámara de descarga (3) a través de la lumbrera de salida (7) hacia el rodamiento.
ETAPA 3 A medida que el pistón del inyector (2) completa su carrera, este presiona la válvula de deslizamiento (5) después del paso (4), cortando la entrada del lubricante (6) hacia el paso (4) y a la cámara de medición (1). El pistón del inyector (2) y la válvula de deslizamiento (5) permanecen en esta posición hasta que la presión del lubricante en la línea de suministro (6) es liberada.
ETAPA 4
Después de ventilar, el resorte del inyector se expande, haciendo que la válvula de deslizamiento (5) se mueva, de tal forma que el paso (4) y la cámara de descarga (3) se conecten a través de una lumbrera de la válvula (8). Una mayor expansión del resorte hace que el pistón se mueva hacia arriba, forzando al lubricante en la cámara de medición (1) a través del paso (4) y la lumbrera de la válvula (8) para rellenar la cámara de descarga (3). Ahora el inyector está listo para el próximo ciclo.
Desgaste adhesivo: Este tipo de desgaste se da entre materiales iguales o parecidos, ya que al tener mayor afinidad, se transfieren moléculas entre ellos, que se pegan, y al continuar el movimiento relativo entre las dos superficies, se arrancan y desprenden. Cuando una punta, o aspereza, de una superficie entra en contacto con una punta o aspereza de la otra superficie, puede existir micro soldadura instantánea debido al calor de la fricción
Las puntas puede ser fracturada por el nuevo contacto o re-soldada al lado opuesto, y el ciclo se repite. En cualquier caso, el desgaste adhesivo frecuentemente inicia a una pequeña escala, pero rápidamente escala a medida que las dos superficies alternativamente se sueldan y rasgan el metal de cada una de las superficies. También. Existen buenas y malas combinaciones de metales, y también buenos y malos lubricantes en una aplicación dada. La situación ideal es que el lubricante logre la completa separación entre las partes de las dos superficies metálicas, desafortunadamente, esto no siempre ocurre, existirán problemas con el desgaste adhesivo. La prevención del desgaste adhesivo usualmente puede ser lograda mediante el uso de uno o todos de los siguientes métodos: •
Debido a que el desgaste adhesivo es causado por temperaturas elevadas localizadas, el lubricante debe mantenerse relativamente frío. Esta es la razón por el uso de enfriadores en las transmisiones de carros de carrera. Obviamente, entre mas baja la temperatura del aceite, más baja será la temperatura de la interface.
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Utilice metales en contacto que sean insolubles uno en el otro. Debido a que el desgaste adhesivo es un proceso de micro-soldadura (soldar uno con el otro), no puede haber desgaste adhesivo. Este es exactamente el principio que es utilizado en los cojinetes de deslizamiento.
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Utilice superficies pulidas, porque si no existen proyecciones que penetren la película de fluido, existe una reducida probabilidad de desgaste adhesivo. Si dos superficies pulidas están separadas por una delgada película de lubricante, ellas se deslizarán esencialmente una contra la otra sin entrar en contacto. Sin embargo, si una de las superficies tiene proyecciones que rompen la película de lubricante, es más probable que ocurra el desgaste adhesivo. En algunos casos, sin embargo, algo de rugosidad u ondulación puede ser deseable ya que las depresiones pueden actuar como reservorios que retienen lubricante.
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Contaminar las superficies para mantenerlas químicamente “sucias”. Películas químicas son frecuentemente utilizadas para prevenir el contacto de metales similares que conduce al desgaste adhesivo. Aceites especiales y otros lubricantes han sido desarrollados durante varios años para formar una película superficial monomolecular sobre superficies de acero. Existen lubricantes de extrema presión (EP) que son utilizados en aplicaciones donde existen elevadas velocidades de deslizamiento, tales como en los juegos de engranes, en ejes de automóviles. Estos lubricantes forman compuestos extremadamente delgados sobre las superficies que previenen el contacto metal-metal
CORROSIÓN Se entiende por corrosión la interacción de un metal con el medio que lo rodea, produciendo LA consiguiente Desintegración del material en SUS ÁTOMOS constitutivos, POR ENDE SE DETERIORAN sus propiedades tanto físicas como químicas. Las características fundamental de este fenómeno, es que sólo ocurre en presencia de un electrólito, ocasionando regiones plenamente identificadas, llamadas estas anódicas y catódicas. Una reacción de oxidación es una reacción anódica, en la cual los electrones son liberados dirigiéndose a otras regiones catódicas. En la región anódica se producirá la disolución del metal (corrosión) y, consecuentemente en la región catódica la inmunidad del metal.
¿PORQUE UN MATERIAL SE OXIDA? TODOS LOS MATERIALES TIENEN LA TENDENCIA A BUSCAR SU FORMA MAS ESTABLE O DE MENOR ENERGÍA INTERNA.
¿DE QUE DEPENDE LA VELOCIDAD DE LA CORROSIÓN?
TEMPERATURA SALINIDAD DEL FLUIDO PROPIEDAD DEL METAL EN CUESTIÓN
¿QUE OTROS MATERIALES SE CORROEN?
POLÍMEROS CERÁMICOS
FUNCIONAMIENTO DE UNA PILA Cuando los electrodos reaccionan con el electrolito, en uno de los EXTREMOS (CÁTODO) se producen entrega de electrones ASÍ SE PRODUCE LA OXIDACIÓN, y en el otro (ÁNODO) se produce un defecto de electrones. LOS ELECTRONES DE CARGA NEGATIVA CORREN DEL POLO NEGATIVO AL POLO POSITIVO
LA OXIDACIÓN La oxidación, es la reacción química a partir de la cual un átomo, ión o molécula cede electrones; entonces se dice que aumenta su estado de oxidación. El nombre de la reacción química, "oxidación", se deriva del hecho que en la mayoría de los casos, la transferencia de electrones se lleva a cabo adquiriendo átomos de oxígeno, pero es importante recalcar que también se da la oxidación sin involucrar el intercambio de oxígeno.
Siempre que ocurre una oxidación hay liberación de energía. Esta energía puede ser liberada de manera lenta, como es el caso de la oxidación o corrosión de los metales, o bien, puede ser liberada de forma muy rápida y explosiva como es el caso de la combustión. Redox es una abreviación de "reducción/oxidación", y se refiera a todas aquellas reacciones químicas en donde átomos cambian su estado de oxidación.
CORROSIÓN Los enlaces metálicos tienden a convertirse en enlaces iónicos, los favorece que el material puede en cierto momento transferir y recibir electrones, creando zonas catódicas y zonas anódicas en su estructura. La velocidad a que un material se corroe es lenta y continua todo dependiendo del ambiente donde se encuentre, a medida que pasa el tiempo se va creando una capa fina de material en la superficie, que van formándose inicialmente como manchas hasta que llegan a aparecer imperfecciones en la superficie del metal.
CORROSIÓN QUÍMICA EN LA CORROSIÓN QUÍMICA LA DISOLUCIÓN ES DIRECTA, PARA ESTE CASO EL MATERIAL SE DISUELVE EN UN MEDIO CORROSIVO LÍQUIDO. ESTE PROCESO NO VARIARA HASTA QUE EL MATERIAL SE CONSUMA TOTALMENTE O HASTA QUE SE SATURE EL LÍQUIDO.
LA CORROSIÓN QUÍMICA DE DIVERSOS MATERIALES PUEDE LOGRARSE EN CONDICIONES BIEN CONTROLADAS. UN PROCESO CONTROLADO Y MUY UTILIZADO EN LA INDUSTRIA ES MECÁNICO. ESTE PROCESO CREA SUPERFICIES PLANAS.
EL PULIDO QUÍMICO
ATAQUE POR METALES LÍQUIDOS LOS METALES LÍQUIDOS primero atacan A un sólido en puntos con alta energía, TALES COMO EN LOS LÍMITES DE GRANO, finalmente aparecerán grietas, esta forma de corrosión se complica por la presencia de fundentes. ESTOS FUNDENTES ACELERAN EL ATAQUE, ADEMÁS PUEDE CREARSE ELECTROQUÍMICA.
CORROSIÓN
LIXIVIACIÓN SELECTIVA O CORROSIÓN SELECTIVA La lixiviación es un proceso por el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido. EN UN LATÓN que contenga más de 15% de zn se puede presentar el dezincificado. A altas temperaturas, tanto el cobre como el zinc se disuelven mediante soluciones acuosas; los iones de zinc se quedan en la solución, en tanto que los iones de cobre se vuelven a depositar en el latón. Finalmente el latón se vuelve poroso y débil. La mejor manera de prevenirla es cambiar la aleación por otra más resistente: •
latón rojo bajo en zinc: <15% de Zn: inmune a la corrosión.
• Latón α + β: adición de Sn → resistencia a ambientes marinos, la corrosión de la fase β, rica en Zn no puede evitarse. •
Latón α (Cu-28Zn-1Sn): la corrosión se inhibe por pequeñas adiciones de P, As, Sb.
CORROSIÓN GRAFÍTICA ESTA CORROSIÓN AFECTA AL HIERRO FUNDIDO GRIS, Y OCURRE CUANDO EL HIERRO SE DISUELVE SELECTIVAMENTE EN AGUA O EN LA TIERRA, DESPRENDIENDO HOJUELAS DE GRAFITO Y UN PRODUCTO DE LA CORROSIÓN. ESTA CORROSIÓN se debe a la formación de diferentes fases. La fase grafito actúa como cátodo, Las hojuelas SE constituyen como un armazón continuo y abierto de manera que el ataque corrosivo sobre la matriz ferrítica prosigue hasta que sólo queda el grafito. La fundición blanca y la fundición de grafito nodular son inmunes a la corrosión grafítica. CON FRECUENCIA SE PUEDE observar en tuberías enterradas tras muchos años de exposición al suelo, FUGAS QUE PUEDEN CAUSAR EXPLOSIONES y contaminación.
Fierro fundido GRIS
Es el tipo de fundición más usual por su bajo costo. Su estructura es del tipo ferriticoperlítica con grafito en forma laminar. Su ductibilidad es muy baja. Se emplea en a fabricación de carcazas, bloques, cuerpos de válvulas, y en general piezas que no requieran una alta resistencia, ni ser resistentes a impacto directo. Muy útil en el caso de partes sometidas a fricción y/o vibración como las bancadas de máquinas de herramientas.
Fierro fundido NODULAR
Este material relativamente moderno (1948), también llamado “fundición dúctil”, presenta el grafito en forma de esferas en matriz de perlita (Esta precipitación esferoidal del grafito se debe al Magnesio). Las características de este material son de mayor elasticidad y resistencia mecánica que las fundiciones grises y se utilizan en piezas donde la ductibilidad es de mucha importancia (Piñones, ejes cigüeñales, válvulas y cuerpos de bombas para alta presión, tubería).
Fierro fundido BLANCO Se denomina así por la apariencia de la fractura. El color blanco es característico del Carburo de Hierro o Cementita. Este tipo de fundición es el más ordinario y normalmente se utiliza en piezas de poca o ninguna exigencia. (Tapas de alcantarilla, rejillas, etc.). Debido a su ductibilidad extremadamente baja no se recomienda soldar piezas de este material.
¿Y la lubricación? El propósito de la lubricación es la separación de dos superficies con deslizamiento relativo entre sí, de tal manera que no se produzca daño entre ellas. Se intenta con ello que el proceso de deslizamiento sea con el rozamiento más pequeño posible. Para conseguir esto, se intenta, siempre que sea posible, que haya una película de lubricante de espesor suficiente entre las dos superficies en contacto para evitar el desgaste. Un buen lubricante debe disminuir al máximo el desgaste de las superficies lubricadas, el calor generado por fricción, el consumo de energía, el ruido, y el impacto negativo sobre el ambiente cuando finalmente se deseche, como resultado de su proceso de oxidación.
OBJETIVOS DE LA LUBRICACIÓN
DISMINUIR EL ROZAMIENTO ENTRE DOS SUPERFICIES, MANTENIENDO UNA PELÍCULA DE ACEITE ENTRE ELLAS
DISMINUIR LOS EFECTOS DEL ROCE
DISIPAR CALOR GENERADO POR EL ROCE
PROTEGER LAS SUPERFICIES CONTRA LA OXIDACIÓN.
ARRASTRAR LAS INEVITABLES PARTÍCULAS DESPRENDIDAS POR DESGASTE
Lubricación hidrostática Consiste en bombear aceite entre dos superficies estacionarias (normalmente un eje y un cojinete liso) altamente cargadas con el fin de separarlas evitando así que se presente el desgaste adhesivo en el momento en que una de ellas (o las dos) se ponga en movimiento. Este tipo de lubricación permite suministrar el lubricante a todas las partes que lo requieran y no depende de la velocidad de rotación de los elementos. La cantidad de lubricante inyectado depende de la presión de la bomba de aceite, de la temperatura y de la viscosidad del lubricante.
Lubricación límite, marginal o estático La lubricación en seco que actúa cuando la película de aceite cede en los cojinetes o es eliminada por los anillos al bajar el pistón. Efecto similar cuando pisamos polvo y nos resbalamos. Este tipo de lubricación es muy importante porque se genera cuando se presenta una condición anormal, ejemplo: •
Cuando se produce un aumento repentino de temperatura, es decir, un sobrecalentamiento o cuando hay un aumento repentino de carga (sobrecalentamiento por falta de lubricante)
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Cuando se reduce la cantidad de lubricante suministrado debido a una fuga del mismo en sellos o juntas
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Cuando se tiene una disminución repentina de viscosidad (por sobrecalentamiento)
Estas condiciones pueden impedir la formación de una película de lubricante lo suficientemente gruesa entre los componentes en movimiento y generar una película de lubricante de unas cuantas micras de espesor antes de que se rompa esta película de lubricante y se genere la falla de los componentes. En algunos casos pueden llegar a soldarse elementos por falta lubricación.
Lubricación hidrodinámica La lubricación del mismo aceite por sus presiones y viscosidad. Efecto similar cuando pisamos agua y resbalamos. Cuando la película de aceite forma un “colchón” de aceite, mantiene una separación entre piezas bastante gruesa para evitar contacto entre sus superficies. Aquí se evidencia que la viscosidad es el aspecto más importante del lubricante. También definida como aquella en la que las superficies que interactúan (cojinete y flecha) y que soportan la carga y que generan esfuerzos mecánicos, están separadas por una capa de lubricante relativamente gruesa a manera de impedir el contacto entre metal y metal.
Esta lubricación no depende de la introducción del lubricante a presión. La presión en el lubricante la origina el movimiento de la superficie que lo arrastra hasta una zona formando una cuña que origina la presión necesaria para separar las superficies actuando contra la carga que interactúa con el cojinete.
IMPORTANCIA ECONÓMICA DE LA LUBRICACIÓN La lubricación tiene un costo que no se limita solo al valor del lubricante, sino que lo constituyen los siguientes costos: i.
Costo del lubricante y de la lubricación (lubricantes, filtros, mano de obra lubricador)
ii.
Costo de las piezas de recambio gastadas en forma prematura por una lubricación deficiente
iii.
Costo por las pérdidas de energía generadas por el roce mayor cuando falta la lubricación
iv.
Costo de la mano de obra para el recambio de piezas gastadas en forma prematura
v.
Costo de las pérdidas de producción por detenciones no programadas imputables a una lubricación deficiente.
Los valores relativos de estos costos se pueden estimar en forma aproximada en la siguiente tabla comparativa, para valores más exactos, se deberían llevar los registros de información específica de acuerdo a la realidad de cada planta.
ESTRUCTURA DE LOS LUBRICANTES Cualquier tipo de fluido puede actuar como lubricante, como ejemplo se pueden nombrar al aire, al agua, aceites y metales fundidos; los requisitos que deban cumplir dependerán de las condiciones de funcionamiento (presiones o cargas, temperaturas, velocidades, ambiente, etc.) y del material de las superficies a lubricar. Los tipos utilizados como lubricantes comerciales son el siguiente: •
Aceites y grasas minerales (derivados del petróleo)
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Aceites y grasas animales o vegetales
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Lubricantes sólidos minerales
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Lubricantes sintéticos
ACEITES Y GRASAS MINERALES Estos lubricantes son obtenidos por procesos de destilación o refinado del petróleo y posterior clasificación y formulación según las necesidades del mercado
PROCESO DE REFINADO DEL PETRÓLEO CRUDO •
El petróleo crudo consiste en una gran variedad de moléculas de hidrocarburos cada una de las cuales pueden cambiar de estado líquido a gaseoso (y viceversa) por la acción del calor.
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La separación de cada una de estas moléculas se lleva a cabo en la torre de fraccionamiento que dispone de alrededor de 30 niveles, en cada uno de los cuales se destilan los diferentes tipos de moléculas, desde el asfalto hasta gas butano pasando por petróleo, gasolina, kerosene, aceites, etc.
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La mezcla adecuada de dos o más aceites básicos en proporciones definidas más el agregado de aditivos específicos dará origen al aceite mineral utilizado para la lubricación industrial.
Aceites y grasas animales o vegetales Estos lubricantes son elaborados con grasas animales o aceites vegetales, poseen buenas propiedades lubricantes con gran capacidad de carga, pero presenten las desventajas de su fácil descomposición y de la variación en su calidad. (Calidad no uniforme ni constante). Se utilizaban en varias aplicaciones, pero fueron reemplazados en muchos campos por los aceites minerales, sin embargo aún se prefieren en ciertas aplicaciones como en la lubricación de máquinas en donde el lubricante tenga contacto con alimentos o donde se requieran propiedades de resistencia a las altas presiones y poca vida de uso (ejemplo típico, en la lubricación de chapas metálicas destinadas a los procesos de estampado y embutición).
Lubricantes sólidos minerales Estos lubricantes son presentados en forma de pastas, polvos, revestimientos ligados, grasas y dispersiones a partir del talco, grafito, disulfuro de molibdeno (MoS2), mica, óxido de zinc, arcilla de batán o betonotas. Talco: Mineral, silicato de magnesio hidratado Mg 3 Si 4 O10 (OH) 2 Infusible a la llama del soplete. Grafito: Una de las dos formas alotropicas del carbono (la otra es el diamante), cristaliza en red hexagonal. Convertido en polvo (plombagina) se utiliza entre otras aplicaciones como lubricante seco o en suspención en el aceite o grasa (grasa grafitada). Resiste sobre 800°C, funde a 3816°C
Molibdenita: Mineral, conocido como molikote, disulfuro o bisulfuro de molibdeno MoS2 cristaliza en red hexagonal. Mica: Mineral, silicato de aluminio y de potasio a veces con fierro y magnesio, Mica blanca 2Si O2 Al 2 O3 Incombustible, temperatura de trabajo hasta los 600°C.
Lubricantes sintéticos Son lubricantes obtenidos por sintetizado de compuestos químico generando fluidos lubricantes con la incorporación de aditivos convencionales de lubricantes. Se destacan por sus capacidades específicas logradas a propósito y que no se pueden conseguir con los lubricantes convencionales. Concebidos a la medida, para satisfacer requerimientos bien específicos que un lubricante mineral no puede alcanzar aunque contenga aditivos. Productos sintéticos utilizados:
Hidrocarburos (poli - alfa - oleofinas) Esteres orgánicos ( diésteres, ésteres polioles ) Glicoles ( polialquilen glicol, polieteres) Esteres fosfatados Siliconas
