Lubricacion Industrial

LUBRICACION INDUSTRIAL

LUBRICACION INDUSTRIAL

NESTOR GOODING GARAVITO INGENIERO QUIMICO PROFESOR ASOCIADO FACULTAD DE INGENIERIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

2009

PROLOGO

La mayoría de las máquinas industriales depende para su funcionamiento de una buena lubricación y por tanto exige que los ingenieros encargados del mantenimiento tengan los conocimientos necesarios para atender los problemas de selección de los lubricantes adecuados para cada caso, así como la prevención y el diagnóstico de las fallas. Sin embargo en la práctica ocurre lo contrario, y la lubricación de las máquinas queda muchas veces en manos de personal no calificado, con las consecuencias propias de dicha improvisación. A lo anterior contribuye el hecho que la mayoría de la literatura existente proviene de las empresas productoras de lubricantes y es suministrada en forma dispersa y por sí sola no constituye una herramienta para la solución de los problemas. En el presente libro se presentan los temas con un orden adecuado y se ha utilizado gran parte de ésta información dispersa para proporcionar al ingeniero, al estudiante de ingeniería, y a los mismos operarios, una síntesis que va desde la obtención de los lubricantes, pasando por los principios de lubricación, las propiedades de los lubricantes y las clasificaciones, hasta el control de la calidad de los mismos. La parte final del mismo trata de la lubricación aplicada a los diferentes tipos de máquinas y finaliza con el análisis de los aceites nuevos y usados, dando así al ingeniero una herramienta importante en la interpretación de los resultados de laboratorio, el diagnóstico de fallas y la toma de decisiones.

NESTOR GOODING GARAVITO

CONTENIDO

CAPITULO 1 - PETROLEO 1

Página 1

1.1 Petróleo Crudo.- 1.2 Clasificación de los crudos.- 1.3 Destilación del petróleo.- 1.4 Procesos de refinación.

CAPITULO 2

PRINCIPIOS DE LUBRICACION

11

2.1 Fricción sólida: superficies metálicas, fricción por deslizamiento, fricción por rodamiento.- 2.2 Desgaste: atómico, adhesivo, abrasivo, corrosivo, picado, corrosión por vibración, picado eléctrico, erosión por cavitación, erosión fluida, fatiga.- 2.3 Lubricación: lubricantes, tipos de lubricación, factores que afectan la selección de un lubricante, factores que afectan el comportamiento de un lubricante.

CAPITULO 3

PROPIEDADES DE LOS LUBRICANTES

33

3.1 Viscosidad.- 3.2 Gravedad específica.- 3.3 Punto de inflamación.- 3.4 Punto de ignición.- 3.5 Punto de fluidez.- 3.6 Color.- 3.7 Calor específico.- 3.8 Demulsibilidad.- 3.9 Espumabilidad.- 3.10 Acidez y alcalinidad.- 3.11 Lubricidad o untuosidad.- 3.12 Estabilidad a la oxidación.

CAPITULO 4

ADITIVOS

51

4.1 Mejoradores de índice de viscosidad.- 4.2 Depresores punto de congelación.- 4.3 Detergente-dispersante.Inhibidores de oxidación.- 4.5 Inhibidores de corrosión.Extrema presión.- 4.7 Antidesgaste.- 4.8 Antiherrumbre.Antiespumantes.

del 4.4 4.6 4.9

CAPITULO 5

CLASIFICACION DE LOS ACEITES LUBRICANTES

59

5.1 Clasificación ISO para lubricantes industriales.- 5.2 Clasificación SAE para lubricantes automotrices.- 5.3 Clasificación API para lubricantes automotrices.- 5.4 Clasificación API de lubricantes para engranajes automotores.

CAPITULO 6

GRASAS LUBRICANTES

69

6.1 Fabricación de grasas.- 6.2 Clasificación de las grasas lubricantes.- 6.3 Clasificación de servicio ASTM. 6.4 Propiedades de las grasas lubricantes.- 6.5 Medida de las características de las grasa.- 6.6 Selección de una grasa.- 6.7 Contraindicaciones.6.8 Utilización general de las grasas.

CAPITULO 7

LUBRICANTES SINTETICOS Y SOLIDOS

79

7.1 Lubricantes sintéticos: siliconas, hidrocarburos sintetizados, ésteres de ácidos dibásicos, ésteres fosfóricos, ésteres de silicatos, compuestos fluorados, compuestos de poliglicoles.- 7.2 Lubricantes sólidos: grafito, bisulfuro de molibdeno, bisulfuro de tugsteno, politetrafluoroetileno.

CAPITULO 8

PRUEBAS DE LABORATORIO

91

8.1 Gravedad API en productos del petróleo.- 8.2 Densidad y gravedad específica de materiales viscosos por picnómetro.- 8.3 Punto de llama y combustión en cápsula abierta.- 8.4 Viscosidad Saybolt Universal y Furol.- 8.5 Indice de viscosidad.- 8.6 Punto de nebulosidad y fluidez.- 8.7 Escalas de colores.- 8.8 Corrosión del acero.- 8.9 Corrosión en lámina de cobre.- 8.10 Número de neutralización por indicador de color.- 8.11 Estabilidad a la oxidación.- 8.12 Cenizas sulfatadas en aceites y aditivos.- 8.13 Demulsibilidad.- 8.14 Características espumantes.- 8.15 Tensión interfacial.- 8.16 Agua en productos del petróleo.- 8.17 Dilución de los aceites para cárter.- 8.18 Insolubles en pentano y benceno.- 8.19 Análisis químico de metales en aceites nuevos y usados.- 8.20 Resistencia dieléctrica.- 8.21 Prueba de desgaste con cuatro esferas. Prueba de presión EP con cuatro esferas.8.22 Prueba Timken de extrema presión.- 8.23 Penetración en grasas lubricantes.- 8.24 Punto de goteo de la grasa.- 8.25 Punto de anilina.- 8.26 Destilación de productos del petróleo.- 8.27

Presión de vapor Reid.- 8.28 Goma en la gasolina.- 8.29 Residuo de carbón Conradson.- 8.30 Calor de combustión.- 8.31 Azufre en productos del petróleo.

CAPITULO 9

LUBRICACION DE COJINETES LISOS

121

9.1 Lubricación de película fluida.- 9.2 Lubricación límite.- 9.3 Lubricación de extrema presión.- 9.4 Ranurado y diseño de cojinetes.- 9.5 Propiedades de los cojinetes.- 9.6 Metales de cojinetes.- 9.7 Selección del lubricante.- 9.8 Diagnóstico de fallas en cojinetes.

CAPITULO 10

METODOS DE LUBRICACION

133

10.1 Lubricación con aceite: aceitado a mano, lubricadores de alimentación por gota, aceiteras de alimentación por mecha, aceitera de cojín, aceitera de botella, aceitera de anillo, aceitador de cadena y collarín, lubricación por salpique, lubricación por baño, lubricadores mecánicos de alimentación, sistemas de circulación, cojinetes empacados con estopa.- 10.2 Lubricación con grasa: aplicación a mano, copas de grasa de tornillo, copas de grasa por muelle de compresión, pistolas de presión, sistemas centralizados de engrase a presión.

CAPITULO 11

LUBRICACION DE COJINETES ANTIFRICCION

145

11.1 Principio de operación.- 11.2 Función del aceite.- 11.3 Factores que afectan la lubricación.- 11.4 Causas de fallas.- 11.5 Lubricación con aceite o grasa.- 11.6 Recomendaciones generales.- 11.7 Método SKF para la selección de una grasa.11.8 Tiempo de utilización de una grasa.- 11.9 Selección de un aceite lubricante.- 11.10 Intervalo de cambio de aceite.

CAPITULO 12

LUBRICACION DE ENGRANAJES

159

12.1 Tipos de engranajes.- 12.2 Estudio de los dientes. 12.3 Contacto entre dientes de engranajes.- 12.4 Teoría de la lubricación.- 12.5 Factores que afectan la lubricación.- 12.6 Características del lubricante.- 12.7 Métodos de lubricación para engranajes.- 12.8 Causas y tipos de fallas.

CAPITULO 13

LUBRICACION DE MOTORES ELECTRICOS Y GENERADORES

177

13.1 Cojinete liso lubricado por anillo.- 13.2 Cojinete liso empacado.- 13.3 Cojinetes de bolas y rodillos.- 13.4 Sistema de circulación.- 13.5 Reductores de velocidad.

CAPITULO 14

LUBRICACION DE CADENAS, CABLES Y ACOPLES

183

14.1 Cadenas de transmisión y de transporte: lubricación manual, lubricación por goteo, lubricación por baño o por disco, lubricación por corriente de aceite.- 14.2 Lubricación de cables.14.3 Lubricación de correas.- 14.4 Acoples flexibles.

CAPITULO 15 LUBRICACION DE MOTORES A GASOLINA DE CUATRO TIEMPOS 193 15,1 Sistemas de lubricación.- 15.2 Nivel de aceite.- 15.3 Ventilación, filtrado y cambio de aceite.- 15.4 Presión de aceite.15.5 Tipo de aceite.- 15.6 Factores de operación y fallas probables. 15.7 Período de rodaje. 15.8 Economía en combustible y aceite.

CAPITULO 16

LUBRICACION DE MOTORES A GASOLINA DE DOS TIEMPOS

204

16.1 Métodos de lubricación.- 16.2 Problemas en la lubricación: calaminado, factores que influyen en el calaminado, fallas en las bujías, agarrotamiento de pistones y engomado de segmentos.

CAPITULO 17

LUBRICACION DE MOTORES DIESEL

221

17.1 Lubricación de diesel de alta velocidad.- 17.2 Lubricación de diesel de media velocidad.- 17.3 Lubricación de diesel de baja velocidad. 17.4 Purificación del aceite lubricante.

CAPITULO 18

LUBRICACION DE MAQUINAS ALTERNATIVAS DE VAPOR

217

18.1 Condiciones del vapor.- 18.2 Lubricación de cilindros de vapor.- 18.3 Aplicación del aceite.- 18.4 Lubricación de los cojinetes.- 18.5 Consumo de aceite.- 18.6 Características del aceite.

CAPITULO 19

LUBRICACION DE TURBINAS DE VAPOR Y GAS

223

19.1 Factores que afectan la vida útil del lubricante.- 19.2 Lodos y emulsiones de aceite de turbina.- 19.3 Aceites para turbina.- 19.4 Análisis rutinario de aceites para turbina.

CAPITULO 20

LUBRICACION DE TURBINAS HIDRAULICAS

227

20.1 Cojinetes del muñón.- 20.2 Cojinetes de empuje.- 20.3 Cojinetes guía.- 20.4 Cojinetes sumergidos.- 20.5 Sistema de gobernador.- 20.6 Impulsadores de turbinas de aspas ajustables.

CAPITULO 21

LUBRICACION DE COMPRESORES Y BOMBAS DE VACIO

231

21.2 Compresores de aire: lubricación de compresores alternativos, lubricación de compresores rotatorios.- 21.2 Compresores de gases.- 21.3 Compresores de refrigeración.21.4 Bombas de vacío.

CAPITULO 22

FLUIDOS PARA CORTE DE METALES Y ESMERILADO

239

22.1 Herramientas de corte.- 22.2 Esmerilado.- 22.3 Selección de un aceite de corte: funciones principales, tipos de aceites.- 22.4 Aplicación de los aceites de corte.- 22.5 Infecciones de la piel.

CAPITULO 23

SISTEMAS Y FLUIDOS HIDRAULICOS

249

23.1 Sistemas hidráulicos industriales: bombas, motores, acoples, acumuladores, multiplicadores, filtros.- 23.2 Selección de un fluido hidráulico: características.- 23.3 Fluidos hidráulicos resistentes al fuego.- 23.4 Fallas en la operación de sistemas hidráulicos.

CAPITULO 24

ACEITES PARA TRANSFORMADORES

255

24.1 Requerimientos del aceite: norma ASTM 3487.- 24.2 Purificación del aceite.- 24.3 Evaluación de un aceite de transformador usado.- 24.4 Cuidados de los aceites de transformador.

CAPITULO 25

ACEITES PARA TRANSFERENCIA DE CALOR

261

CAPITULO 26

PURIFICACION DE ACEITES

265

26.1 Métodos de purificación: filtrado, filtros absorbentes, filtros adsorbentes, filtración por contacto, precipitación, centrifugación, destilación de impurezas volátiles, coagulación de impurezas.26.2 Regeneración de aceites lubricantes.

CAPITULO 27

ALMACENAJE Y MANEJO DE LUBRICANTES

269

27.1 Precauciones para el almacenamiento.- 27.2 Bodegas de almacenamiento.

CAPITULO 28

TOMA DE MUESTRAS Y ANALISIS DE ACEITES USADOS

273

28.1 Normas para el muestreo de aceites.- 28.2 Análisis de aceites usados.- 28.3 Valores promedio permisibles.

APENDICE 1 - Gasolina motor regular

289

2 - Gasolina motor extra

291

3 - Gasolina de aviación

293

4 - Combustible diesel

295

5 - Combustóleo

297

6 - Queroseno

298

7 - Turbosina JP-A

299

8 - Bases lubricantes

301

9 - Conversión de viscosidades

303

10 - Diagrama ASTM viscosidad vs temperatura

304

11 - Tabla para índice de viscosidad (cSt)

305

12 - Tabla para índice de viscosidad (SSU)

308

13 - Nomograma para índice de viscosidad (0-100)

310

14 - Nomograma para índice de viscosidad (100-300)

311

15 - Diagrama para mezclas

312

16 - Escalas de colores

313

17 - Tabla de dilución de aceites con combustible diesel

314

18 - Equivalencia entre residuo Canradson y Ramsbotton

315

19 – Guía para evaluar aceites de transformador

316

BIBLIOGRAFIA

318

CAPITULO 1

PETROLEO 1.1 - PETROLEO CRUDO En la industria del petróleo, la palabra "crudo" se emplea para designar el petróleo en su forma natural, tal como es extraído de la tierra. Es una mezcla de compuestos llamados hidrocarburos, así denominados porque sus moléculas están formadas de átomos de carbono y de hidrógeno. Esta variedad de hidrocarburos que forman el petróleo constituye una extensa serie que, en condiciones normales de temperatura y presión, va desde los sólidos, tales como el asfalto y la cera, hasta los gases inflamables como el metano. La proporción de los diferentes hidrocarburos que integran el petróleo crudo varía en cada yacimiento, lo cual da como origen la existencia de petróleos crudos que van desde el líquido negro, grueso y opaco hasta aquellos semitransparentes de color claro y verdoso. Estos aspectos físicos son el resultado de la presencia, porcentaje y estructura química de los diferentes hidrocarburos que lo integran.

1.2 - CLASIFICACION DE LOS CRUDOS Desde el punto de vista químico, los hidrocarburos que componen el petróleo crudo se pueden agrupar en las siguientes series de hidrocarburos: NP

PARAFINAS

IP

ISOPARAFINAS

N

CICLOPARAFINAS O NAFTENICOS

AR

AROMATICOS

AS

NAFTALENOS O ASFALTENOS

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LUBRICACION INDUSTRIAL : NESTOR GOODING GARAVITO

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Según la serie predominante el crudo puede ser: 1.2.1 - Crudo de Base Parafínica. Se caracteriza porque más del 75% de los hidrocarburos que lo componen son del tipo parafínico. La gasolina obtenida de tales crudos es de bajo octanaje, pero el kerosene, el combustible Diesel y los lubricantes son de excelente calidad. El contenido de material asfáltico es muy bajo, pero cuando su contenido se incrementa disminuye la calidad del crudo.

1.2.2 - Crudo de Base Nafténica. Se caracteriza porque más del 70% de los hidrocarburos que lo componen son de tipo nafténico. El contenido de parafinas es bajo. Los productos obtenidos a partir de estos hidrocarburos se caracterizan por sus bajos puntos de fluidez. Las gasolinas son normalmente buenas, los kerosenes son inferiores a los de las bases anteriores y los lubricantes pueden ser equivalentes a los obtenidos de bases parafínicas mediante procesos especiales de refinación.

1.2.3 - Crudo de Base Asfáltica. Se dice que un crudo es de base asfáltica si los anillos aromáticos son más del 60% del total. Las bases obtenidas de crudos de este tipo raramente se emplean en la fabricación de aceites lubricantes.

1.2.4 - Crudo de Base Mixta. Constituyen tipos intermedios de petróleo. Pueden contener mezclas de aromáticos y asfálticos o mezclas de asfálticos y parafínicos.

1.3 - DESTILACION DEL PETROLEO La destilación fraccionada es un proceso por el cual mediante la evaporación y condensación, se obtienen a diferentes intervalos de temperatura, las correspondientes fracciones o productos de la destilación.

CAPITULO 1 : PETROLEO ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

HIDROCARBURO

3

H/C

FORMULA

NP PARAFINAS

CH3.CH2.CH2.CH2.CH2.CH2.CH3

C7H16

2.286

IP PARAFINAS

CH3 I CH3.CH.CH.CH2.CH3 I CH3

C7H16

2.286

C7H14

2.000

C7H8

1.143

C10H8

0.800

H2C ⎯⎯ CH2 N CICLOPARAFINAS NAFTENICOS

H2C

CH.CH3

H2C ⎯⎯ CH2 HC ⎯⎯ CH AR AROMATICOS

HC

C.CH3

HC ⎯⎯ CH

HC AS NAFTALENOS ASFALTENOS

HC I HC HC

CH C I C

CH I CH CH

Generalmente se realiza en dos etapas, una de las cuales trabaja a presión atmosférica y la otra al vacío.

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En la destilación a presión atmosférica se obtienen gases ligeros, gasolina, kerosene, gas oil (ACPM) y un producto pesado que sirve de alimento a la etapa de destilación al vacío. En la destilación al vacío se obtienen aceites combustibles (Fuel Oil de diferentes grados), las bases para los aceites lubricantes y los residuos pesados. Para producir los aceites básicos terminados y con diferentes viscosidades, las bases lubricantes son sometidas a procesos de tratamiento con solventes, desparafinado, tratamiento químico con ácidos y filtraciones, (ver diagrama). Las características de cada uno de los productos de la destilación según datos suministrados por la refinería de Ecopetrol se dan en el apéndice.

1.4 - PROCESOS DE REFINACION El petróleo crudo del tipo promedio produce por destilación de 20 a 30% de gasolina, 30 a 45% de aceites intermedios y 25 a 50% de Fuel Oil residual. Las demandas crecientes de gasolinas de alta calidad, sobrepasan la capacidad de producción por destilación y por lo tanto se han diseñado diferentes procesos para obtener mayores rendimientos de gasolinas mejoradas a partir de las fracciones de gas oil y fuel oil pesados. Los más importantes procesos son: Craqueado térmico Reformación térmica Craqueado catalítico Polimerización Alkilación Isomerización 1.4.1 - Craqueado Térmico. Cuando un producto del petróleo pesado se calienta por encima de su temperatura de descomposición, las moléculas se rompen y se reagrupan. El resultado es un aumento del rendimiento de gasolina y un aumento de la proporción de compuestos cíclicos presentes. El gas formado contiene proporciones elevadas de olefinas y el residuo obtenido es coque de petróleo. La reacción principal y característica que tiene lugar con los petróleos de tipo parafínico puede representarse por la ecuación:


R.CH2.CH2.CH2.R'

VAPOR DE GASOLINA Y GASES

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R.CH:CH2 + CH3.R'

CAMARA DE REACCION A PRESION CAMARA DE EVAPORACION

COLUMNA DE FRACCIONAMIENTO

HORNO DE TUBOS

VALVULA

ALIMENTACION DE FUEL OIL

FUEL OIL CRAQUEADO

Figura 1.1 Craqueado Térmico

Este procedimiento fué empleado hasta aproximadamente 1939 con gas oil y fuel oil en instalaciones similares a la indicada en la figura. El aceite pesado de alimentación se bombea a una columna de fraccionamiento donde se precalienta y se mezcla con producto craqueado procedente del proceso. La alimentación mixta, a presión hasta de 70 kgf/cm2, se pasa a través de un horno tubular, donde se calienta a una temperatura máxima de 540 oC, antes de entrar a la cámara de reacción. Esto permite tener un período de reposo durante el cual puede tener lugar una cantidad controlada de craqueado. La presión se reduce antes de pasar a una cámara de vaporización, donde se separa el fuel oil craqueado pesado y de ahí a la base de la columna de destilación, de la cual se extrae por la cima la gasolina de craqueo y el gas. El rendimiento de gasolina es del 50 al 70%, de número de octano comprendido entre 65 y 70. Este luego de adicionar plomo tetra-etilo, es suficiente para los motores de automóvil de baja relación de compresión.

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1.4.2 - Reformación Térmica. Este proceso es prácticamente el mismo craqueado térmico, excepto que el producto de alimentación tiene aproximadamente el mismo intervalo de ebullición que el producto final, y que las temperaturas y presiones utilizadas son generalmente mayores. Se obtiene un rendimiento reducido del producto, con mayores propiedades antidetonantes. El máximo número de octano o obtenible sin adición de plomo a una temperatura de reformado de 560 C es aproximadamente de 80. El rendimiento a esta temperatura es próximo al 70%. El gas es rico en olefinas C3 y C4 y constituye una carga adecuada para la polimerización catalítica. 1.4.3 - Craqueado Catalítico. El procedimiento más moderno y más empleado en el mundo es el craqueado catalítico en lecho fluidizado. El catalizador está en forma de polvo de granulometría bien definida y se recicla entre dos cámaras verticales que actúan como regenerador y reactor. El funcionamiento se indica en la figura. Se obtienen lechos fluidizados del polvo del catalizador forzando el paso del gas a través de las columnas de polvo hasta que se alcanza la velocidad mínima de fluidización. En este punto, las partículas se disponen como un relleno suelto en la corriente de gas, de tal modo que se mueven como un fluido. Un ligero aumento de la velocidad del gas hace que las burbujas de este pasen a través de una zona de baja concentración de sólidos, en la cual las elevadas velocidades de intercambios de masa existentes entre la superficie del catalizador y el gas, hacen que se mantengan altas velocidades de reacción y una transmisión de calor elevada. Un tubo alimentador de catalizador, con válvula de control, sobresale del fondo de cada cámara, cuya salida se conecta por tubería a la base de otra cámara. La secuencia de operaciones es como sigue: La alimentación (una fracción de la destilación al vacío) es calentada y vaporizada por una corriente abundante de catalizador caliente, entrando al o reactor a unos 540 C. El catalizador se separa del vapor y cae a la base del reactor, desde la cual se transporta, con aire, al regenerador. En el regenerador la temperatura se eleva hasta unos 620 oC debido a la combustión del carbono depositado sobre el catalizador. El catalizador


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regenerado desciende por el tubo alimentador para mezclarse con la carga de aceite fresco. VAPOR DE GASOLINA E HIDROCARBUROS GASEOSOS COLUMNA DE FRACCIONAMIENTO

GAS DE CHIMENEA

GAS OIL DE CRAQUEADO CATALITICO LIGERO

REACTOR REGENERADOR DE CATALIZADOR

AIRE + CATALIZADOR

o

480 C GAS OIL DE CRAQUEADO CATALITICO PESADO

o

540 C 2 1.4 kgf/cm CATALIZADOR GASTADO

ALIMENTACION FRESCA DE GAS OIL LIGERO O RESIDUO DESALFALTADO

AIRE

ACEITE DE RECICLO

Figura 1.2 Craqueado Catalítico

Los vapores craqueados pasan desde el extremo superior del reactor a la columna de destilación, desde la cual las fracciones más pesadas se reciclan al reactor. La relación entre el peso del catalizador y del aceite varía de 5 a 15% y la velocidad de flujo en el reactor varía de 1 a 3 kg de aceite/hr/kg de catalizador. Las instalaciones de craqueado catalítico de gran capacidad pueden tratar hasta 6.360 m3 de carga por día (40.000 barriles), con rendimientos de 50% a 60% de gasolina de número de octano entre 90 y 95. Por otra parte, se obtiene una gran cantidad de fracción C4 la cual es un producto valioso para alquilación.

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1.4.4 - Polimerización. La polimerización catalítica es un procedimiento para la conversión de las olefinas de C3 y C4 obtenidas en los procesos de craqueo térmico y catalítico, en gasolinas de alto número de octano. El catalizador puede ser ácido sulfúrico al 60%. Los gases se lavan primero con agua para eliminar el ácido sulfhídrico, y a continuación se hacen pasar, en estado húmedo, por el catalizador sólido a 220oC y 63 kgf/cm2. En columnas independientes se separan el propano y el butano para su venta como gases embotellados. Las olefinas no convertidas se reciclan. La reacción típica es:

CH3 2

C=CH2 CH3 isobutileno

CH3 CH3 | | CH3-C-CH2-C=CH2 | CH3 di-isobutileno

El polímero puede emplearse directamente como esencia de motor de alto número de octano, pero para su empleo como esencia de aviación debe hidrogenarse hasta convertirse en un producto saturado.

1.4.5 - Alquilación. Este es un procedimiento para hacer reaccionar una isoparafina con una olefina con el fin de obtener una isoparafina de cadena ramificada, con un peso molecular igual a la suma de los pesos de los reactivos. Los catalizadores son ácido sulfúrico y ácido fluorhídrico:

CH3 | CH3-CH + | CH3 Iso-butano

CH2=CH-CH2-CH3

CH3 CH3 | | CH3-C-CH2-CH-CH3 | CH3 iso-octano

El proceso es contínuo y las velocidades de alimentación se ajustan para obtener un tiempo de reacción de 10 a 20 minutos. La mezcla de iso-parafinas y


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olefinas se seca inicialmente sobre bauxita y después se lleva a la sección inferior del reactor. El ácido fluorhídrico reciclado entra por la base y los productos van primero a una cámara de separación, y después a columnas de fraccionamiento para eliminar el propano y el butano del producto alquilado. La temperatura es de 52 oC y la relación óptima entre isobutano y olefina es de 7.1. 1.4.6 - Isomerización. La isomerización se creó para dos fines principales: a) Convertir n-butano en iso-butano para alquilación. b) Convertir n-pentano y n-hexano en isoparafinas para mejorar la detonación de las gasolinas muy volátiles. La reacción es:

CH3-CH2-CH2-CH3

n-butano

CH3 | CH-CH3 | CH3 isobutano

El primer proceso fue la conversión de n-butano en iso-butano, empleando cloruro de aluminio activado por ácido clorhídrico anhidro como catalizador. El cloruro de aluminio es soportado por gel sílice. Se pasa sobre él butano seco, que contiene algo de HCl y de hidrógeno, a 110 oC y 21 kgf/cm2. Los productos se fraccionan, apartándose el iso-butano para alquilación y reciclándose el nbutano no convertido y el hidrógeno. La conversión por paso es del 60%. La isomerización del pentano y del hexano tiene lugar de modo similar, pero las temperaturas y presiones son más elevadas, a saber: 260 oC a 480 oC y 21 kgf/cm2 a 70 kgf/cm2. Se obtienen números de octano entre 95 y 107 con isoparafinas de una pureza del 95%.

LUBRICACION INDUSTRIAL : NESTOR GOODING GARAVITO 10 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

OBTENCION Y REFINACION DE BASES LUBRICANTES

GAS

GASOLINA

TANQUE DE ALMACENAMIENTO

KEROSENE

ACEITES COMBUSTIBLES

ACEITES LUBRICANTES

GAS BASE PARAFINICA (RESIDUOS CEROSOS)

RESIDUOS

BASE NAFTENICA (RESIDUOS ASFALTICOS) BASES MIXTAS (RESIDUOS ASFALTICOS Y CEROSOS)

AGUA

UNIDAD DE DESTILACION PRESION ATMOSFERICA Y VACIO

USADOS TAL COMO SALEN

SI LA VISCOSIDAD ES ADECUADA

MEZCLADOS

O MEZCLAS DE ACEITES DE VISCOSIDADES DIFERENTES PARA OBTENER UNA VISCOSIDAD INTERMEDIA

COMPUESTOS

O PROVISTO CON SUSTANCIAS ESPECIALES PARA IMPARTIRLE NUEVAS O MEJORES CARACTERISTICAS

LA MAYOR PARTE DE LOS LUBRICANTES SON MEZCLAS Y COMPUESTOS

Figura 1.3

TRATAMIENTO CON SOLVENTES ELIMINACION DE CERAS TRATAMIENTO QUIMICO FILTRACION

ACEITES BASICOS TERMINADOS DE VARIAS VISCOSIDADES

CAPITULO 2

PRINCIPIOS DE LUBRICACION

2.1 FRICCION SOLIDA Cuando dos cuerpos sólidos se mantienen en contacto mediante una fuerza apreciable, todo esfuerzo que tienda a moverlos el uno con respecto al otro tropieza con una resistencia que actúa en forma tangencial a la superficie de separación de los dos. Esta fuerza opuesta se conoce como fricción y si los cuerpos son rígidos se llama fricción sólida o de deslizamiento. Fricciones estáticas y cinéticas son aquellas impuestas, respectivamente por un cuerpo en reposo o en movimiento. La fricción deslizante tiene su origen más importante en la aspereza de la superficie. Ninguna superficie de máquina, aún pulida, es suficientemente lisa. Aunque la maquinaria moderna es capaz de producir acabados que se aproximan a la perfección, existen inevitablemente irregularidades microscópicas.

2.1.1 Superficies Metálicas. La fabricación de piezas metálicas, como órganos constitutivos de máquinas y motores, puede ser realizada mediante dos procesos diferentes: por deformación del metal sin arranque de partículas o mediante lo que denominamos mecanizado o fabricación de piezas arrancando partículas metálicas pequeñas en forma de finas virutas. El primer proceso, por deformación, comprenderá por tanto, la forja, el embutido, el estirado, la laminación en frío o en caliente, etc., y presenta una serie de ventajas, ya que permite orientar convenientemente las estructuras metálicas con la dirección de las cargas sin rotura de dichas estructuras, proporcionando un estado de superficie con su red cristalina prácticamente intacta, y por consiguiente, en las mejores condiciones para resistir a los esfuerzos, a la fatiga del metal y a los desgastes. Existe, sin embargo, en este proceso, el inconveniente que, dado el

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estado actual de la técnica, al precisarse piezas con un perfecto acabado superficial y una alta precisión de dimensiones que sólo pueden obtenerse directamente en casos muy especiales, necesitamos, luego del proceso de deformación, un proceso de mecanizado, aunque mínimo, como lo es el rectificado. El segundo proceso de fabricación de piezas, se obtiene por arranque de partículas o virutas, mediante una herramienta de corte o bien con muelas o granos abrasivos compactados, como en el caso del rectificado o del superacabado mecánico. En este proceso, la estructura cristalina del metal queda fuertemente modificada bajo la influencia de la presión, que puede alcanzar valores 2 de 500 a 600 kgf/mm en los filos de la herramienta. Otro factor es la temperatura que puede alcanzar más de 1200 oC, aunque sólo en puntos muy localizados. El calor desprendido no podrá ser sino parcialmente absorbido por el aceite de corte y a través de la viruta, de tal forma que los cristales afectados por la temperatura se alteran y se fragmentan o son destruidos; se produce así una capa superficial de carácter amorfo y bajo ella, en las capas subyacentes, una serie de desorientaciones y fisuras al formarse óxidos y nitruros por calentamiento en contacto con el oxígeno del aire, con una destrucción cristalina más o menos acentuada según las características del metal y la forma en que se efectúa el mecanizado, más o menos violenta o profunda. Según la importancia de los avances, profundidades de corte y velocidades de las pasadas, la superficie metálica quedará más o menos dibujada por una serie de estrías y rugosidades, unas en relación con las dimensiones de la herramienta y otras con el proceso más o menos intenso de descohesión. Al efectuar las fases de acabado, con pasadas de mayor finura, disminuyen las dimensiones de estas asperezas, pero no se mejoran las perturbaciones de la estructura metálica en las capas inferiores, siempre ligada a la composición y características del metal que se trabaje. El mecanizado mediante muelas o compactos abrasivos, tiene igualmente dibujos y asperezas, que en lugar de estar relacionadas con las dimensiones del útil lo estará con el diámetro de los granos de la muela, ya que estos realmente son como pequeñísimas y múltiples herramientas que penetran en el metal, produciendo su descohesión bajo presiones también muy fuertes y con temperaturas locales del mismo valor que las de las herramientas de corte, por lo cual los cambios y perturbaciones serán del mismo carácter, aunque el tamaño de las partículas arrancadas sea menor. En la figura se muestra un esquema de una superficie metálica. La capa superficial amorfa, llamada también capa Beilby tiene espesores variables entre 10 y 500 Å, según la clase de mecanizado.

CAPITULO 2 : PRINCIPIOS DE LUBRICACION ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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La capa desorientada contiene cristales deformados o rotos, rodeados por una serie de carburos complejos. Bajo la acción de las cargas y temperaturas elevadas, la pieza mecanizada deja libre, al entrar en servicio, parte de esos cristales fragmentados, los cuales se convierten en partículas abrasivas. Debe intentarse de todos modos que esta capa se mantenga dentro de los espesores mínimos de 1.5 y 100 micras.

Figura 2.1

La siguiente tabla da una idea de la superficie metálica producida por ciertos tipos de mecanizado. (Los valores están dados en micras, 1 micra = 10 -6 m). El aspecto que ofrece una pieza por superacabado mecánico o pulido electrolítico se denomina pulido espejo.

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MECANIZADO

RUGOSIDAD

CAPA BEILBY

Mecanizado Corriente Torneado Preciso Torneado Fino Rectificado Superacabado Mecánico Pulido Electrolítico

25 -40

0.05

CAPA PERTURBADA 50-80

10 -15

0.01-0.02

15-20

5 -10 2-5 0.02-0.2

0.005-0.01 0.003-0.008 0.001-0.002

12-20 4-9 1-2

0.01-0.2

0

0

2.1.2 Fricción por Deslizamiento. Su principal causa es la interferencia entre asperezas opuestas y la tendencia de las áreas más planas de superficies opuestas, a soldarse bajo severas condiciones deslizantes. La rotura de los pequeños enlaces así creados, es responsable de una gran parte de la fricción que puede ocurrir entre las piezas de las máquinas. Es más, en superficies finamente pulidas éstas minúsculas soldaduras constituyen una fuente mayor de resistencia potencial friccional. Las siguientes relaciones pueden considerarse como las leyes del rozamiento: I) La fuerza de fricción es proporcional a la fuerza normal. Esta relación nos sirve para definir el coeficiente de fricción f como la relación (F/w).

F

F=f W W Figura 2.2 Esquema de fuerzas


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Alternativamente podemos expresar esta ley en términos de un ángulo constante de reposo, o ángulo friccional, cuando el objeto es colocado sobre un plano inclinado.

F

θ W Figura 2.3

Esquema de fuerzas

F = W sen θ f = F/N = tang θ N = W cos θ

II) La fuerza de fricción es independiente del área aparente de contacto. Por lo tanto, objetos grandes o pequeños tendrán la misma fuerza de fricción. III) La fuerza de fricción es independiente de la velocidad de deslizamiento. Esto implica que la fuerza requerida para iniciar el deslizamiento será la misma fuerza para mantener el deslizamiento a una velocidad específica (velocidades pequeñas). Existen algunos casos en que la primera de las leyes no se cumple exactamente como en el caso de materiales muy duros como el diamante o muy blandos como el politetrafluoroetileno o PTFE ( típico: teflón). En el caso de la tercera relación, es bien conocido que la fuerza requerida para mantener el deslizamiento es mucho menor que la requerida para iniciar el deslizamiento. Lo anterior da lugar a que se utilicen dos coeficientes, uno estático y otro dinámico.

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Recientes trabajos han demostrado sin embargo que los coeficientes de fricción estáticos son una función del tiempo de contacto, mientras que los coeficientes de fricción cinéticos son una función de la velocidad de deslizamiento. fs

tiempo de contacto fs = coeficiente de fricción estático

fk

velocidad de deslizamiento fk = coeficiente de fricción cinético Figura 2.4 Coeficientes de fricción

En la siguiente tabla se dan algunos valores de estos coeficientes.


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COEFICIENTES DE ROZAMIENTO PARA SUPERFICIES SECAS MATERIALES Madera sobre madera Madera sobre metal Cuero sobre metal Cuero sobre madera Metal sobre metal Fundición sobre acero Fundición sobre acero Fundición sobre acero

VELOCIDAD

COEFICIENTE

Reposo Reposo Reposo Reposo Reposo 134 m/mi 805 m/mi 1609 m/mi

0.3 - 0.5 0.2 - 0.6 0.3 - 0.6 0.3 - 0.5 0.3 0.32 0.20 0.06

2.1.3 Fricción por Rodamiento. La fricción por rodamiento es la resistencia al movimiento que ocurre cuando un objeto rueda sobre una superficie. Pueden distinguirse dos casos: el primero cuando el cuerpo es irregular y el segundo cuando el cuerpo es geométricamente perfecto. En el primer caso la fuerza para iniciar el rodamiento Fr es igual a w Tang θ donde w es la carga y θ es el ángulo entre la vertical y la línea que une el centro de gravedad del cuerpo y la saliente alrededor de la cual el cuerpo rueda.

F θ

W Figura 2.5

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Puede definirse un coeficiente de fricción por rodamiento fr = Fr / w , el cual para un cuerpo irregular sería Tang θ. Para un rodamiento contínuo, θ cambia, tomando con frecuencia valores negativos, como se ve en la figura.

Fr

θ

W Figura 2.6

En promedio, la fuerza requerida para mantener el rodamiento será mucho menor que la fuerza requerida para iniciar el rodamiento y el coeficiente de fricción por rodamiento será mucho menor cuando el rodamiento ha comenzado. Sin embargo el término "fricción rodante" es generalmente utilizado para cuerpos geométricamente perfectos y con muy pequeñas superficies rugosas. Para tales cuerpos, la componente de rugosidad de la fuerza de fricción es muy baja. Si el contacto entre dos cuerpos tales como una esfera sobre una superficie plana, sin ninguna consideración adicional, es un punto, la condición de rodamiento prevalece. En la práctica sin embargo, la región de contacto es deformada elásticamente de tal manera que el contacto se hace sobre una pequeña superficie y los puntos de contacto se encuentran en diferente plano. Lo anterior indica que no es posible un rodamiento puro, sino que se sucede una combinación de rodamiento con deformación elástica y deslizamiento. Fr

W Figura 2.7


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Sintetizando lo anterior podríamos decir: I) La fuerza de fricción varía según la magnitud de la carga. II) Para una carga dada, la fuerza de fricción rodante es inversamente proporcional al diámetro del elemento. III) La fuerza de fricción es más baja para superficies lisas que para superficies rugosas. IV) La fuerza de fricción estática es generalmente mucho más grande que la cinética, pero depende de la velocidad de rodamiento.

2.2 DESGASTE Se define como la remoción indeseable de material bajo una acción mecánica. Se pueden considerar los siguientes tipos de desgaste: atómico, adhesivo, abrasivo, corrosivo, picado (pitting), corrosión por vibración (fretting corrosion), picado eléctrico, erosión por cavitación, erosión fluida y fatiga.

2.2.1 Desgaste atómico. Es la interacción de fuerzas atómicas entre superficies opuestas que desprenden átomos individuales de sus superficies originales de tal forma que más tarde quedan fuera de servicio. Este desgaste es extremadamente lento y las observaciones hechas sobre este tipo de desgaste evidencian que el material perdido constituye masas discretas de tamaño mucho mayor que el de los átomos. Se utiliza el término granular para ajustarse más y distinguirlo del desgaste atómico propiamente dicho.

2.2.2 Desgaste adhesivo. Es el daño resultante cuando dos cuerpos metálicos se frotan entre sí sin la presencia deliberada de un agente abrasivo. En la práctica tales cuerpos están rodeados por una atmósfera gaseosa con la cual pueden reaccionar inmediatamente de tal manera que el factor químico es importante, y como el proceso de desgaste continúa, las partículas se acomodan y oxidan actuando como un

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abrasivo, de tal forma que del desgaste adhesivo se puede pasar muy rápidamente al desgaste abrasivo. Este tipo de desgaste es máximo para metales iguales y mínimo para un metal frotando contra una superficie no metálica (madera o plástico). El período de rodaje "Break-in" o estreno de una máquina no es otra cosa que un desgaste adhesivo controlado, en el que, teniendo en cuenta las dimensiones, acabados superficiales y características de trabajo de cada órgano, se efectúa un ajuste y puesta a punto, con eliminación de las partículas metálicas desprendidas, mediante cambios frecuentes del lubricante que les ha servido de vehículo, lo que impide su acción abrasiva posterior. Toda máquina nueva o con piezas nuevas, debe ser operada por debajo de su capacidad, ya que bajo las condiciones de break-in lo que se hace generalmente es controlar la fricción por reducción de la carga, mejor que mediante el uso de lubricantes fortalecidos con agentes soportadores de carga.

2.2.3 Desgaste abrasivo. Es el efecto de limado que desarrolla la superficie dura sobre otra más blanda, o bien las partículas duras interpuestas entre estas superficies. Como en el primer caso, esto indica la existencia de rugosidades en el metal y aunque su importancia es mínima dados los acabados superficiales actuales y la realización de un período de rodaje, debemos considerar como agentes principales del desgaste por abrasión las partículas duras existentes entre ambas superficies, bien sean introducidas por el aire o producidas por el trabajo del mecanismo en sí. Estas partículas al endurecerse aún más por aplastamiento, son capaces, incluso, de rayar el mismo metal al que pertenecían. El desgaste por abrasión es muy frecuente y más intenso si las condiciones de la máquina lo agravan, como en el caso de la maquinaria en medios polvorientos con insuficiente filtrado de aire. El arma principal contra este tipo de desgaste es, no solo un fino acabado superficial, sino la elección de metales con una dureza superficial grande, obtenida por cementación, nitruración, cromado duro, o revestimientos superficiales de gran adherencia, mediante la formación de carburos complejos de tugsteno, vanadio, cromo, etc., en la capa superficial.

2.2.4 Desgaste Corrosivo. Podemos definir este tipo de desgaste como el producido por elementos nocivos que, en combinación con la superficie metálica, dan lugar a productos de reacción que aunque son posteriormente eliminados por el frotamiento, ocasionan pérdida de peso y de materiales.


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El oxígeno del aire, el agua, los ácidos orgánicos formados por alteración de los aceites, los ambientes ácidos, los humos industriales, la presencia de azufre en los combustibles, los etilos de plomo en las gasolinas; son agentes indirectos o directos de este tipo de corrrosión en las superficies metálicas. Contra este tipo de desgaste se lucha por medio de los lubricantes, reforzando en estos su acción anticorrosiva mediante la adición de productos químicos denominados aditivos. Estos productos químicos tienen al mismo tiempo una misión desactivante para neutralizar la acción catalítica de los metales nuevos o de los que se encuentran en suspensión coloidal en los aceites usados.

2.2.5 Picado (pitting). Consiste en la formación de numerosos hoyos relativamente profundos debido a la remoción del material a velocidad uniforme sobre su superficie. Esta forma de desintegración superficial se debe a varias causas, incluyendo la corrosión, y con frecuencia es de diagnóstico difícil. Sin embargo, las formas más comunes ocurren cuando superficies duras son engranadas entre sí como en bolas y rodillos de cojinetes, caras en dientes de engranajes, etc. El picado puede tomar lugar cuando no existe deslizamiento, sino condición de puro rodamiento.

2.2.6 Corrosión por vibración (fretting corrosión). Es el tipo de desgaste que resulta a partir de pequeños deslizamientos recíprocos entre partes adyacentes de máquinas. Generalmente se acompaña de oxidación rápida de la superficie en la interfase y de ahí el término utilizado de corrosión. Este fenómeno ocurre cuando dos superficies metálicas se mantienen en contacto muy intenso y son sometidas a vibraciones de débil amplitud. Se crea entre ellas un óxido rojo en forma de polvo muy fino y abundante, que altera las capas superficiales, produce pérdidas de material, alteración de ajustes, etc. La aparición del "fretting corrosión", es bastante corriente y muchas veces se disfraza con otros tipos de desgaste posterior. El que sufre, por ejemplo, la maquinaria pesada almacenada por algún tiempo y sometida a ligeras vibraciones del suelo o transportada en largos viajes por carretera, ferrocarril o barco.

2.2.7 Picado eléctrico. El paso de una corriente eléctrica a través de cojinetes puede producir desgaste de éste por picado eléctrico. Este picado es el resultado de chispas entre cojinetes y ejes o entre bolas y pistas, dependiendo del tipo de cojinete, y puede ocurrir con potenciales por debajo de 1 voltio. La rugosidad de la superficie puede causar también chispas y estas a su vez un desgaste por medio mecánico.

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2.2.8 Erosión por cavitación. La formación de agujeros seguida de una gruesa remoción de material se encuentra frecuentemente en propulsores de barcos y en turbinas hidráulicas. Una forma muy similar de falla se encuentra en turbinas de vapor bajo circunstancias en que el vapor es húmedo y muy raramente en cojinetes lubricados con aceite. La teoría se fundamenta sobre situaciones de lubricación hidrodinámica, caracterizada por violentos cambios en la presión y dando como resultado la formación de burbujas y posteriores choques entre ellas.

2.2.9 Erosión fluida. Es difícil distinguirla de la erosión por cavitación y algunas veces las dos se mezclan. En el caso de cojinetes, las partículas sólidas son llevadas en la corriente de aceite y por choque continuado sobre las superficies, generalmente en las cercanías de lumbreras de entrada, causan desintegración de la superficie. El tamaño, densidad y forma de las partículas que chocan, afectan la severidad del ataque y se hace necesario que el material tenga cualidades para resistir este tipo de desgaste. Las cualidades son similares para resistir la abrasión.

2.2.10 Fatiga. Los efectos continuados de fricción de rodadura y deslizamiento bajo fuertes cargas y con deformaciones mas o menos reversibles, provocan la creación y propagación de fisuras microscópicas, que dan lugar al picado de los rodamientos y dientes de engranajes. La unión de las fisuras microscópicas, causa la rotura total y generalmente se revela brutalmente sin síntomas previos. Este fenómeno está íntimamente ligado a los acabados de mecanización, a la falta de una igualdad de dureza entre todos los puntos de la superficie metálica, lo cual motiva desigualdad en la repartición de las cargas y contracciones exageradas en puntos localizados del metal, repetidas en cada giro y que sobrepasan los límites de elasticidad de éste.


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2.3 LUBRICACION Se conoce como lubricación el principio de soportar una carga deslizante sobre una película de fricción reducida. La sustancia de la que la película está compuesta, es un lubricante y aplicarlo es lubricar.

2.3.1 Elementos que se lubrican. Por complicada que parezca una máquina, únicamente se necesita lubricar tres elementos y estos son: COJINETES. Pueden ser cojinetes lisos o sencillos, rodamientos, guías, levas, correderas, etc. ENGRANAJES. Pueden ser de diferentes tipos como rectos, helicoidales, sin fin, etc., y los hay descubiertos o encerrados en cajas herméticas. CILINDROS. Forman parte de motores, compresores, bombas, etc. Se lubrican estos elementos para evitar el excesivo desgaste y el sobrecalentamiento que produce la fricción metálica y por consiguiente se reducen los gastos por reparaciones, los paros innecesarios y se aumenta la producción. Así mismo la acción de corte entre las películas lubricantes o fricción fluida, requiere un mínimo de fuerza lo que permite un considerable ahorro de energía.

Figura 2.8

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Esto se demuestra fácilmente moviendo o deslizando entre sí superficies secas y poniendo entre ellas luego un lubricante. Los lubricantes permiten además conservar las máquinas trabajando suave y silenciosamente, evitando movimientos bruscos de sus elementos y reduciendo en forma considerable el ruido.

Figura 2.9

2.3.2 Lubricantes. Todos los líquidos en cierto modo, facilitan la lubricación pero algunos lo hacen mucho mejor que otros. La diferencia entre un material lubricante y otro es, con frecuencia, el éxito con que opera una máquina o su fracaso. El mercurio, por ejemplo, carece de adhesión o de las propiedades de mojar el metal, propiedades estas que son deseables para conservar un lubricante en contacto íntimo con la superficie del metal que éste debe proteger. El alcohol, por otra parte, a pesar de que moja la superficie del metal rápidamente, es demasiado delgado para mantener una película lubricante de adecuado espesor, en aplicaciones convencionales. El gas, otro fluido, ofrece posibilidades lubricantes si se aplica a presión para fines muy especiales. Pero ninguno de estos fluidos pueden ser considerados lubricantes prácticos para la multitud de requerimientos que ordinariamente se solicitan. En casi todos los casos, se ha encontrado que los productos del petróleo sobresalen como lubricantes. Los lubricantes derivados del petróleo poseen, en al-


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to grado, la facultad de mojar los metales y poseen el cuerpo que una fuerte película requiere. Estos lubricantes tienen además otras propiedades esenciales en la lubricación moderna que serán tratadas en el siguiente capítulo. Es más, casi todas estas propiedades pueden ser modificadas durante su fabricación, para producir el lubricante adecuado para cada aplicación. El desarrollo de los lubricantes del petróleo va paralelo con el desarrollo de la maquinaria actual, el transporte, la existencia de la industria moderna y la misma economía de un país dependen tanto de los lubricantes del petróleo como de los combustibles. Para comprender en qué forma el aceite penetra en un cojinete y recoge y soporta la carga del cojinete, se requiere una explicación sobre lo que es la viscosidad. Cuando se trata de aceites lubricantes, la viscosidad es una propiedad tan importante, que gran parte de la historia de la lubricación está basada en ella. La viscosidad de un líquido es su resistencia a fluir. Los líquidos espesos como las melazas tienen relativamente alta viscosidad y no fluyen fácilmente. Los líquidos más delgados, como el agua, fluyen muy fácilmente y tienen viscosidades más bajas. Los aceites lubricantes están disponibles en una amplia variedad de viscosidades. La viscosidad de un líquido determinado no es constante, pues varía con la temperatura. A medida que un aceite se calienta, su viscosidad desciende y se vuelve más delgado. Contrariamente, un aceite se vuelve más espeso si su temperatura se reduce y fluirá más lentamente.

2.3.3 Tipos de lubricación. En general, la lubricación de cualquier elemento de máquina puede clasificarse dentro de dos grupos principales según el tipo de película que se forme: lubricación fluida o hidrodinámica y lubricación a película delgada.

2.3.3.1 Lubricación fluida. En este tipo de lubricación se requiere una alimentación contínua de lubricante con el fin de mantener separadas las superficies y evitar así el contacto metálico. Esto se logra según el caso, mediante cualquiera de las dos formas siguientes: 2.3.3.1.1 Cuña de aceite. Lubricación Hidrodinámica. Si se considera un bloque deslizándose continuamente sobre una superficie plana, para efectuar la lubricación hidrodinámica, un aceite de viscosidad adecuada debe ser aplicado al borde de ataque o borde de entrada del bloque y los siguientes factores de diseño deben tenerse en cuenta:

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El borde de ataque del bloque no debe ser afilado, sino debe ser biselado o redondeado, para evitar que el aceite sea raspado fuera de la superficie fija. El bloque debe tener un pequeño ángulo de movimiento libre, para permitirle inclinarse y elevarse ligeramente de la superficie de soporte. El fondo o parte inferior del bloque debe tener suficiente área y anchura para "flotar" sobre aceite. CARGA

SUPERFICIE MOVIL

ACEITE PRESION HIDRODINAMICA SUPERFICIE FIJA

Figura 2.10

Antes de ser puesto en movimiento, el bloque está en contacto directo con la superficie de soporte. La fricción inicial es grande puesto que no hay película líquida entre las piezas o partes en movimiento. Sin embargo, tan pronto el bloque empieza a deslizarse, el borde de ataque encuentra un suministro de aceite y es éste el momento donde la viscosidad es importante. Como el aceite ofrece resistencia a fluir, no es completamente desplazado por el bloque, sino que una delgada capa de aceite, permanece sobre la superficie de deslizamiento, bajo el bloque y éste, a causa de su borde redondeado flota sobre ella. A medida que el bloque se levanta de la superficie de deslizamiento, más aceite se va acumulando debajo de él, hasta que la película de aceite alcanza el equilibrio de espesor. En este punto, el aceite que estaba debajo del bloque es expulsado por la presión del peso de éste, tan rápidamente como entra. Nuevamente es la viscosidad del aceite, la que evita la pérdida excesiva, debido a la acción aplastante del peso del bloque. Con las dos superficies completamente separadas, se ha establecido una completa película de líquido lubricante y la fricción ha sido disminuida a un mínimo


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valor. Bajo estas condiciones el bloque asume de por sí una posición inclinada, con el borde delantero ligeramente más alto que el borde trasero. Esta situación afortunada permite la formación de una película en forma de cuña, condición esencial para la lubricación de película fluida. El flujo convergente bajo el bloque, desarrolla una presión hidrodinámica que soporta el bloque. Puede decirse que la lubricación de película fluida, comprende la "flotación" de una carga deslizante en un cuerpo de aceite creado por la acción de bombeo del movimiento deslizante. El principio hidrodinámico es correctamente aplicable a la lubricación de las chumaceras. Aquí la carga es radial y debe dejarse un pequeño espacio entre las chumaceras y sus cojinetes para permitir la formación de una película en forma de cuña. Supongamos por ejemplo, que una chumacera soporta su cojinete como lo hace en el caso de un carro de ferrocarril, de los que tienen cojinetes sencillos. La chumacera es una extensión del eje y por medio del cojinete ella lleva su porción de carga representada por el carro. Toda la fuerza ejercida por el cojinete, contra la chumacera, es aplicada en la parte superior de la chumacera y no contra el fondo. Cuando el carro está en reposo, la película de aceite entre el cojinete y la parte superior de la chumacera, ha sido aplastada hacia afuera, dejando una fina capa de residuo que no es suficiente para evitar el contacto metálico. CARGA

COJINETE

ACEITE

CHUMACERA

Figura 2.11

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Como en el caso del bloque deslizante, la carencia de una película de lubricación adecuada produce una alta fricción inicial. Tan pronto la chumacera empieza a dar vueltas, el aceite se desliza en el cojinete por el fondo, donde la ausencia de carga favorece una mayor separación. Algo de aceite se adhiere a la chumacera y es llevado dando la vuelta hasta el lado superior, arrastrando cantidades adicionales de aceite con él. De esta forma, el aceite se bombea hacia el estrecho espacio en lo alto de la chumacera, donde más se necesita. El consecuente flujo de aceite de un área de baja presión, a través de un canal convergente hacia un área de alta presión, produce una cuña de líquido que levanta el cojinete de la parte superior de la chumacera, eliminando el contacto metálico. Cuando se logra un estado de equilibrio, la magnitud del flujo de entrada desplaza el cojinete hacia un lado, mientras la carga sobre los cojinetes reduce el grosor de la película en la parte superior. Si la carga fuera invertida, esto es, el cojinete soportado por la chumacera, como sucede en la mayoría de los casos, la relativa posición de la chumacera debe invertirse. La región de baja presión estará en la parte superior de la chumacera y la película protectora estará en el fondo.

2.3.3.1.2 A presión. Lubricación Hidrostática. En muchos casos el movimiento relativo de las superficies es tan lento, que no existe la posibilidad de formación de cuña de aceite, siendo necesario entonces suministrar aceite a presión mediante una bomba, para mantener la película fluida y evitar el contacto metálico.

Figura 2.12


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Un caso muy común es la lubricación de los pernos que unen la biela con el émbolo de todas las máquinas de movimiento alternativo en las que su movimiento es reversible en carga y en dirección de rotación. En estos casos es necesario alimentar lubricante a presión, precisamente por la zona en donde la presión es mínima para que el lubricante no sea expulsado por el rápido cambio de dirección de la carga. Otra aplicación muy común es la de soportar grandes cargas separando las superficies mediante una película de aceite a presión. Los casos descritos se ilustran en los siguientes diagramas.

Figura 2.13

2.3.3.2 Lubricación a película delgada. En este tipo de lubricación, la película formada sobre la superficie tiene un espesor muy delgado, entre 0.0002 y 0.0005 mm, siendo suficiente para proteger las superficies que cubre. En la lubricación a película delgada existe siempre algo de rozamiento y en consecuencia desgaste, sin embargo su uso es muy extendido por razones de diseño, carga, velocidad, etc. Las películas pueden estar formadas por aceite, grasa, o algún lubricante sólido como el grafito o el bisulfuro de molibdeno. Los costos de operación e instalación en este tipo de lubricación son bajos. Como ejemplos podemos mencionar la copa gotera, copa grasera, por mecha, lubricador

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mecánico, etc. Este tipo de lubricación suele denominarse a toda pérdida, ya que el lubricante utilizado no se realimenta.

2.3.4 Factores que afectan la selección de la viscosidad del lubricante Los factores velocidad, carga y temperatura deben balancearse cuando la viscosidad del lubricante se selecciona. 2.3.4.1 Velocidad. Como se dijo anteriormente, la velocidad tiende a producir la cuña de aceite que protege los mecanismos, también existe la fricción fluida que es tanto mayor cuanto mayor es la viscosidad o cuerpo del lubricante; por consiguiente, siempre que la velocidad relativa de las superficies en movimiento sea elevada, habrá una mayor facilidad para formarse la cuña de aceite y por lo tanto, un aceite ligero será suficiente, además de que habrá menor fricción fluida y menor pérdida de potencia. Por otra parte, cuando la velocidad es muy baja, la deficiencia en la formación de la cuña de aceite deberá ser suplida mediante un aceite muy viscoso, o dicho en otras palabras, de cuerpo pesado el cual si bien no alcanza a formar cuña de aceite, su misma viscosidad dificulta el ser exprimido y protege mejor las superficies. Generalmente, cuando un sistema trabaja con altas velocidades, los cojinetes vienen diseñados con juegos o claros muy pequeños, pero suficientes para que el aceite que va a trabajar en ellos, alcance a formar una película resistente; si estos juegos o claros fueran excesivos, no alcanzaría a formarse la cuña de aceite, pues no obstante la velocidad de las superficies, habría una pérdida excesiva de lubricante debido a que los fluidos tienden a seguir la trayectoria que menos resistencia ofrece, trayendo como consecuencia la fricción y el desgaste. Por el contrario, un huelgo demasiado pequeño no solamente no permite la formación de la cuña de aceite, sino que además impide la circulación de lubricante en cantidad suficiente para verificar su efecto refrigerante, trayendo como consecuencia el sobrecalentamiento de las partes lubricadas y la falla consiguiente de las mismas.

2.3..4.2 Carga. Resulta lógico que cuando existe una carga pesada que tiende a juntar dos superficies en movimiento, una mayor viscosidad del lubricante soportará mejor la acción de exprimido que esa carga pesada ejerce. Por el contrario, si se trata de un cojinete muy pequeño que lleva una carga muy pequeña será indispensable un aceite de muy baja viscosidad para permitir el libre movimiento de las partes y menor pérdida de potencia por fricción fluida.


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2.3..4.3 Temperatura. Al seleccionar un lubricante deberá tenerse en cuenta la temperatura ambiente o de operación del lugar en que va a trabajar y así, si el ambiente es caliente se deberá emplear un aceite muy viscoso, no obstante que la velocidad sea alta y la carga ligera, pues la temperatura se encargará de dar al aceite la fluidez necesaria. Inversamente, en el caso de una parte que va a trabajar en fríos excesivos deberá lubricarse con aceites de muy baja viscosidad no obstante que la velocidad sea relativamente baja y la carga algo pesada, pues la temperatura se encargará de aumentar la viscosidad del lubricante y hacerlo capaz de soportar las otras condiciones de trabajo.

⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ NORMAS BASICAS PARA LA SELECCION DE LA VISCOSIDAD ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Alta velocidad Aceite ligero Baja velocidad Aceite pesado Carga ligera Aceite ligero Carga pesada Aceite pesado Baja temperatura Aceite ligero Alta temperatura Aceite pesado ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

2.3.5 Contaminantes que afectan el comportamiento del lubricante Si se pudiera conservar en excelentes condiciones de limpieza el lubricante, éste podría permanecer trabajando en los sistemas de lubricación por circulación, por mucho tiempo; sin embargo, debido a la contaminación, es necesario desechar la carga de aceite por ser el medio más sencillo y económico de eliminar los contaminantes para que no ocasionen daños. Los contaminantes por lo general, se encuentran en el medio ambiente o son introducidos a los sistemas de varias formas, siendo sus efectos en todos los casos, sumamente dañinos. Veamos cuales son los contaminantes más comunes, su origen y la forma en que afectan.

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2.3.5.1 Polvo. Puede tener su origen en la bodega de lubricantes cuando las condiciones de limpieza no son adecuadas y se dejan los envases destapados. Cuando los recipientes utilizados para vaciar el lubricante no tienen tapas y se dejan en lugares poco limpios. Cuando hay capas de polvo y suciedad sobre las partes de la máquina. En los sistemas y dispositivos de lubricación cuando no se limpian correctamente y con relativa frecuencia. En ambientes de alta contaminación con polvo como en plantas de cemento, etc.

2.3.5.2 Agua. El agua proviene principalmente de la condensación y se forma cuando las máquinas se enfrían al terminar su trabajo, o puede provenir de fugas de los serpentines de enfriamiento o de las camisas de agua. Algunas veces desde luego penetra a los tambores de aceite almacenados a la intemperie y en forma incorrecta. Su efecto sobre el desempeño de los lubricantes resulta igualmente perjudicial ya que se forman emulsiones que junto con la suciedades forman depósitos lodosos que interfieren con la distribución correcta y, principalmente con la lubricación. Además ocasiona herrumbre y corrosión. 2.3.5.3 Solventes. Durante la limpieza de las partes y de las máquinas mismas, resulta frecuente que queden ciertos residuos de solventes que adelgazan las películas de aceite a tal grado que puede ocurrir desgaste. Por otra parte, también suele ocurrir contaminación o dilución cuando se usan los mismos recipientes para vaciar el lubricante, que los que se emplean para manejar solventes, combustibles, etc.

CAPITULO 3

PROPIEDADES DE LOS LUBRICANTES 3.1 VISCOSIDAD Cuando dos superficies deslizantes están separadas por una película lubricante de aceite, este fluye en condiciones tales que el flujo es laminar. Puede suponerse que la película está compuesta por capas extremadamente finas, moviéndose cada una en la misma dirección, pero a velocidad diferente.

superficie móvil

Vmax

aceite

V=0

superficie estacionaria

Figura 3.1

Bajo estas condiciones, la capa en contacto con el cuerpo fijo está como si no tuviera movimiento. De forma similar, la capa adyacente al cuerpo en movimiento, viaja a la velocidad del cuerpo en movimiento. Las capas intermedias se mueven a velocidades proporcionales a su distancia al cuerpo en movimiento, la capa intermedia de la película en movimiento, a la mitad de la velocidad del cuerpo en movimiento, la cual puede considerarse aproximadamente la velocidad promedio de la película.

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LUBRICACION INDUSTRIAL : NESTOR. GOODING GARAVITO

⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Como las capas viajan a diferentes velocidades, cada lámina debe deslizarse encima de la otra y para hacerlo se requiere cierta fuerza o fuerza de corte. La resistencia de esta fuerza es conocida como tensión de cizallamiento y el efecto acumulativo de ella, es la fricción fluida. Existen además dos factores que afectan la fricción fluida, uno es la velocidad relativa de las superficies deslizantes y otro es su área efectiva. La resistencia o frotamiento interno entre las capas moleculares del fluido al deslizarse entre sí es lo que llamamos viscosidad. Según la teoría Newtoniana si:

F = fuerza de corte A = área v = velocidad de la película de aceite H = espesor de la película de aceite (F/A) = fuerza de corte unitaria (v/H) = gradiente de velocidad (F/A) ∝ (v/H)

(F/A) = µ (v/H)

donde el coeficiente de proporcionalidad µ es la viscosidad absoluta del fluido a una determinada temperatura.

Fuerza de corte unitaria VISCOSIDAD ABSOLUTA = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Gradiente de velocidad

CAPITULO 3 : PROPIEDADES DE LOS LUBRICANTES ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

PARTES MOVILES

V= VELOCIDAD

AREA (A) F = FUERZA DE CORTE CAPAS DE ACEITE

H

PARTES FIJAS

ACEITE

EN REPOSO

EN MOVIMIENTO

Figura 3.2

Utilizando el sistema métrico absoluto de unidades se tendrá: (dina) (s) dina/cm2 µ (absoluta) = ⎯⎯⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ (cm/s)/cm cm2

Esta última unidad se denomina POISE. (dina) (s) 1 POISE = 1 ⎯⎯⎯⎯⎯ cm2 pero: 1 dina = g x (cm/s)

g 1 POISE = 1 ⎯⎯⎯⎯⎯ (cm) (s)

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Como el poise es una unidad de viscosidad relativamente grande, se utiliza el centipoise (cp): 1 POISE = 100 centipoises

Para medir la viscosidad absoluta se han desarrollado varios viscosímetros, tales como el STORMER, BROOKFIELD, los viscosímetros de bola de GIBSON y JACOBS, el de Mac-MICHEL y los viscosímetros de bola rodante de FLOWER y HERSEY. Para la medición de la viscosidad en aceites lubricantes y productos del petróleo en general, son muy utilizados los viscosímetros de tubo capilar o de orificio, donde el líquido a una altura determinada se deja caer, en cuyo caso la fuerza para provocar el descenso depende de la densidad del fluido. Cuando la viscosidad se mide así, se denomina viscosidad cinemática y la unidad es el stoke.

POISE = STOKE X DENSIDAD Centipoise (cp) = centistoke (sSt) x densidad

En el sistema métrico absoluto las unidades serán:

g/(cm x s) 1 STOKE = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 3 g/cm 1 STOKE = 1 cm2 / s

1 STOKE = 100 CENTISTOKES 1 CENTISTOKE (cSt) = 1 mm2 / s

Los viscosímetros más utilizados para medir la viscosidad cinemática son los de OSWALD, el SAYBOLT , el REDWOOD, y el ENGLER.


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A continuación se dan las características de medición de los viscosímetros enumerados anteriormente: VISCOSIMETRO ENGLER (Utilizado en Europa Continental) Cantidad de aceite empleada: 200 cm3 Temperaturas utilizadas: 20 oC, 50 oC, 100 oC Resultados: Tiempo de escurrimiento del aceite, dividido por el de 200 cm3 de agua a 20 oC, expresado en GRADOS ENGLER.

Figura 3.3 Viscosímetro Engler

VISCOSIMETRO REDWOOD (Utilizado en Inglaterra) Cantidad de aceite empleada: 50 cm3 Temperaturas utilizadas: 70 oF, 100 oF, 140 oF, 200 oF Resultados: Tiempo de escurrimiento del aceite expresado en SEGUNDOS REDWOOD.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

VISCOSIMETRO CINEMATICO DE OSWALD Consiste en un tubo doblado en forma aproximada a una U con tres ensanchamientos y un tubo capilar. El diámetro del capilar depende del valor de la viscosidad que va a ser medida. El tiempo en segundos para que el aceite circule por el capilar se toma como la viscosidad cinemática en cSt.

Figura 3.4 Tubo de Oswald

VISCOSIMETRO SAYBOLT (Utilizado en Estados Unidos) Cantidad de aceite empleada: 60 cm3 Temperaturas utilizadas: 100 oF, 122 oF, 210 oF Resultados: Tiempo de escurrimiento del aceite expresado en SEGUNDOS SAYBOLT FUROL o SEGUNDOS SAYBOLT UNIVERSAL. La diferencia entre Segundos Saybolt Universal (SSU) y Segundos Saybolt Furol (SSF) se determina por el tamaño del orificio calibrado que se utilice en el viscosímetro. El tiempo de escurrimiento en el orificio Furol es aproximadamente 10 veces menor que en el orificio Universal. En el apéndice 9 se da un nomograma para conversiones de viscosidad a la misma temperatura.


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Figura 3.5 Viscosímetro Saybolt

3.1.1 Relación Viscosidad - Temperatura Tal como se dijo anteriormente la viscosidad de un lubricante disminuye cuando su temperatura aumenta y viceversa. Si se representa la viscosidad en función de la temperatura en un sistema de coordenadas de base aritmética, la curva resultante sería la indicada por la figura 3.6. Muchas han sido las fórmulas matemáticas propuestas para expresar la relación existente entre la viscosidad y la temperatura de los aceites minerales. La " American Society for Testing Materials" (ASTM) construyó un diagrama basado en la siguiente fórmula propuesta por Mac Coull:

Log Log (µ + A) = - B Log To + C To = Temperatura absoluta del líquido en OK

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ µ = viscosidad cinemática en centistokes A = constante de valor 0.6 para todas las viscosidades superiores a 1.5 centistokes B y C constantes características de cada aceite

μ

Temperatura Figura 3.6

El diagrama “viscosidad vs temperatura” ASTM se encuentra disponible para viscosidades en SSU y cSt como una función de las temperaturas en oF y oC respectivamente. En el apéndice 10 se incluye el diagrama ASTM. Mediante el diagrama, conociendo dos valores de viscosidad a dos temperaturas, puede trazarse una línea recta entre ellos. El resultado permite conocer la viscosidad del lubricante a cualquier temperatura. En la práctica para la construcción de estas líneas se recomienda conocer al menos tres viscosidades obtenidas por vía experimental. 3.1.2 Indice de Viscosidad. (IV) El índice de viscosidad es un número empírico que indica el efecto de cambio de la viscosidad con la temperatura del aceite. Un índice bajo indica un gran cambio de la viscosidad con la temperatura. El cálculo de este valor está normalizado por la norma ASTM D-567 la cual o o utiliza las viscosidades a 100 F y 210 F. Actualmente estas temperaturas han


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sido cambiadas por 40 oC y 100 oC, sin embargo el procedimiento que utilizaremos será a las primeras temperaturas. El índice de viscosidad se calcula a partir de las siguientes ecuaciones:

L-U I V = ⎯⎯⎯⎯ x 100 L-H

L-U I V = ⎯⎯⎯⎯ x 100 D

donde: U = Viscosidad a 100 oF del aceite cuyo índice de viscosidad se está calculando. L = Viscosidad a 100 oF de un aceite de índice de viscosidad 0 que tiene la misma viscosidad a 210 oF que el aceite cuyo índice de viscosidad se calcula. H = Viscosidad a 100 oF de un aceite de índice de viscosidad 100 que tiene la misma viscosidad a 210 oF del aceite cuyo índice de viscosidad se calcula. Este valor no se muestra en la tablas porque su uso no es necesario cuando D se conoce. En el apéndice 11 se dan los valores de L y D en función de la viscosidad cinemática a 210 oF en cSt. En el apéndice 12 se dan los valores de L y D en función de los valores de la viscosidad cinemática en Segundos Saybolt Universal a 210 oF. Si la viscosidad cinemática de un aceite a 210 oF está por debajo de 2.0 cSt, los valores de L y D se obtienen a partir de las siguientes ecuaciónes:

D = X (0.1725 + 0.34984 X) L = X (1.655 + 1.2665 X) donde: X = viscosidad cinemática a 210 oF Si la viscosidad Saybolt de un aceite a 210 oF está por encima de 350 SSU, los valores de L y D se obtienen a partir de las siguientes ecuaciones: D = 0.1752 Y2 - 0.498 Y - 245.8

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ L = 0.216 Y2 + 12.07 Y - 721.2 donde: Y = Viscosidad en Segundos Saybolt Universal a 210 oF.

A continuación se dan algunos ejemplos de cálculo del índice de viscosidad: Ejemplo 1. Dadas las siguientes viscosidades: 100 oF 210 oF

82.5 cSt 9.1 cSt

Del apéndice 11: L = 138.18 y D = 60.44 Reemplazando en la ecuación: L-U 138.18 - 82.5 I V = ⎯⎯⎯ x 100 = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ x 100 = 92.12 D 60.44

Ejemplo 2. Dadas las siguientes viscosidades: o 100 F 210 oF

38.87 cSt 5.86 cSt

Del apéndice 11 por interpolación: L = 59.81

y D = 20.59

Reemplazando en la ecuación:

L-U 59.81 - 38.87 I V = ⎯⎯⎯ x 100 = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ x 100 = 101.7 D 20.59

Ejemplo 3. Dadas las siguientes viscosidades:


100 oF 210 oF

5.538 cSt 1.805 cSt

De la ecuación correspondiente: L = 1.805 (1.655 + 1.2665 x 1.805) = 7.114 D = 1.805 (0.1725 + 0.34984 x 1.805) = 1.451 Reemplazando: L-U 7.114 - 5.538 I V = ⎯⎯⎯ x 100 = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ x 100 = 108.61 D 1.451 Ejemplo 4. Dadas las siguientes viscosidades: o 100 F 210 oF

Del apéndice 12 : L = 1.489

776 SSU 77 SSU

D = 755

Reemplazando: L-U 1.489 - 776 I V = ⎯⎯⎯ x 100 = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ x 100 = 94.5 D 755

Ejemplo 5. Dadas las viscosidades: o 100 F 210 oF

12.540 SSU 378 SSU

De la ecuación correspondiente: L = 0.216 x (378)2 + 12.07 (378) - 721.2 L = 34.704 D = 0.1752 (378)2 - 0.498 (378) - 245.8

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ D = 24.599 Reemplazando:

L-U 34.704 - 12.540 I V = ⎯⎯⎯ x 100 = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ x 100 = 90.1 D 24.599

En el apéndice 13 y 14 se incluyen dos nomogramas para calcular el índice de viscosidad de 0 a 100 y 100 a 300. Si se comparan en un diagrama ASTM las dos rectas correspondientes a dos aceites lubricantes de diferentes índices de viscosidad:

TEMPERATURA

μ

B A

Figura 3.7 Comparación de Indices de Viscosidad

El aceite A tiene un índice de viscosidad menor que el aceite B.


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3.1.3 Viscosidad de Mezclas. La necesidad de obtener una amplia variedad de viscosidades en la fabricación de aceites lubricantes hace necesario aplicar un método más o menos sencillo y de muy buena aproximación. Lo anterior puede lograrse mediante el diagrama dado en el apéndice 15. Se utiliza para mezclar bases o aceites lubricantes cuyas viscosidades se conocen a la misma temperatura. En el caso de aceites lubricantes la mezcla sólo debe hacerse con aceites de la misma marca y tipo, ya que las demás propiedades físicas o aquellas impartidas por aditivos, no conservan la misma relación. Ejemplo: Se desea conocer la viscosidad de una mezcla formada por 20 o galones de aceite A cuya viscosidad es 2.000 SSU a 100 F y 30 galones de o aceite B cuya viscosidad es 300 SSU a 100 F. El procedimiento de cálculo es como sigue: Se coloca en la escala vertical izquierda (producto de menor viscosidad) el valor de 300 SSU y se une con el valor de 2.000 SSU localizado sobre la escala vertical derecha (producto de mayor viscosidad). Se calcula ahora el porcentaje en volumen del producto A pesado: Volumen total de la mezcla = 50 galones Porcentaje en volumen de A = (20/50) x 100 = 40% Sobre la recta trazada para un 40% de aceite de mayor viscosidad, la o viscosidad de la mezcla es de 600 SSU a 100 F. De manera similar el gráfico puede utilizarse para calcular el volumen de un aceite que debe ser agregado a otro para lograr una viscosidad determinada.

3.2 GRAVEDAD ESPECIFICA Constituye una densidad relativa del aceite tomando como referencia al agua a 60 oF (15.6 oC). El valor de la gravedad específica (G60/60) multiplicado por la densidad del agua a 60 oF que es 1 g/cm3 nos da el valor de la densidad del aceite en g/cm3.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ En derivados del petróleo, tales como combustibles y lubricantes, se utiliza la escala API, la cual viene definida por la siguiente ecuación:

141.5 Gravedad API (oAPI) = ⎯⎯⎯⎯ - 131.5 G60/60 La gravedad API del agua a 60 oF es 10. Las letras API como se verá mas adelante significan: Instituto Americano del Petróleo.

3.3 PUNTO DE INFLAMACION Es la temperatura a la cual el aceite desprende vapores en cantidad suficiente como para ser encendidos en presencia de una llama abierta. El punto de inflamación es en cierta forma una medida de la volatilidad del aceite.

3.4 PUNTO DE IGNICION Es la mínima temperatura para una ignición sostenida. Normalmente es del orden de 20 oF más elevada que la temperatura de inflamación.

3.5 PUNTO DE FLUIDEZ Es la temperatura más baja a la cual un aceite aún puede fluir. Esta propiedad es de gran importancia cuando se seleccionan aceites para trabajar a temperaturas muy bajas.

3.6 COLOR El color de un aceite indica por lo general, cuando está nuevo, el grado de refinación. Existen para su medición varias escalas de colores de las que se hablará más adelante.


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3.7 CALOR ESPECIFICO El calor específico de los lubricantes varía en razón inversa con su densidad. Para su conocimiento preciso puede caracterizarse el aceite a partir de las propiedades enunciadas anteriormente: gravedad API y Viscosidad. Normalmente es del orden de 0.46 cal/g oC.

3.8 DEMULSIBILIDAD Es una medida de la capacidad del aceite a emulsionarse con el agua. Cuando los aceites son más refinados tienen por lo general una alta demulsibilidad o se separan fácilmente del agua. La falta de esta propiedad causa generalmente problemas de corrosión en los equipos.

3.9 ESPUMABILIDAD Es una medida de la capacidad del aceite a la formación de espuma bajo condiciones de agitación. Cuando un aceite forma demasiada espuma en su superficie se aumenta su oxidación, causa corrosión y la película lubricante pierde continuidad.

3.10 ACIDEZ Y ALCALINIDAD Tomando la escala de pH donde 0 indica la máxima acidez y 14 la máxima alcalinidad, un aceite mineral refinado tiene generalmente un pH entre 4 y 11, siendo 11 el valor promedio de los aceites lubricantes considerados "neutros". Todo aceite comprendido dentro de este rango contiene ácidos débiles, bases débiles o una mezcla equilibrada de los dos. El aceite puede entonces ser titulado hasta un punto final con una base (KOH) para dar un número total de ácido (TAN) o puede ser titulado hasta otro punto final con ácido (HCl) para dar un número total de base (TBN). Todos los aceites derivados del petróleo tienden a aumentar su acidez durante el tiempo de servicio debido a la formación de productos ácidos durante el proceso de oxidación.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

3.11 LUBRICIDAD O UNTUOSIDAD Esta propiedad es característica de algunos agentes oleaginosos o aceites de origen animal o vegetal. Las moléculas de estos aceites son de tipo polar y poseen una gran afinidad con los aceites del petróleo y con las superficies metálicas. Tales moléculas no son fácilmente desalojadas, aún por cargas pesadas. En acción, estas moléculas parece que se adhieren por sus extremos a las superficies de deslizamiento, colocándose en erguida alineación como las fibras de un alfombra, uniendo o conectando una pequeña capa de aceite al metal. Tal ordenamiento sirve como amortiguador entre las piezas o partes móviles de manera que las superficies, a pesar de estar juntas, no llegan en realidad a tocarse una con otra. Se utiliza ampliamente esta propiedad en condiciones de lubricación marginal y no tiene importancia bajo condiciones de lubricación hidrodinámica. Debe aclararse que esta propiedad no tiene ninguna relación con la viscosidad del aceite.

Figura 3.8


49

3.12 ESTABILIDAD A LA OXIDACION Todos los aceites derivados del petróleo se oxidan en presencia del oxígeno del aire, siendo acelarado este proceso por las altas temperaturas y la presencia de metales catalizadores de la oxidación. El mecanismo de oxidación podría ser el siguiente: Los hidrocarburos (RH) en presencia del oxígeno del aire dan lugar a hidroperóxidos (ROOH), los cuales son inestables y se descomponen en radicales hidrocarbonados (RO.) y oxigenados (OH.). Estos últimos radicales se estabilizan tomando átomos de hidrógeno de otras moléculas de hidrocarburo y generando así radicales libres (R.) que mediante el oxígeno del aire dan origen a más hidroperóxidos propagándose una verdadera reacción en cadena. ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ MECANISMO DE OXIDACION DE UN ACEITE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ RH + O2 ROOH ROOH RO. + OH. + 2 RH R. + O2 ROO. + RH

RO. + OH. ROH + H2O + 2 R. ROO. ROOH + R.

⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

La oxidación de hidrocarburos parafínicos y nafténicos es muy similar y origina ácidos corrosivos y combinaciones de estructura complicada, lo que se manifiesta con un aumento en la acidez del aceite y aumento también en la viscosidad del mismo. Los productos de oxidación de estas bases permanecen inicialmente en solución dentro del aceite y le imparten un color amarillo rojizo, el cual aumentará su intensidad y se tornará oscuro. Cuando la cantidad de estos productos saturan el aceite, ellos empiezan a aglomerarse y a sedimentarse en forma de "lodos de oxidación".

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Los hidrocarburos aromáticos son más fácilmente oxidables por la mayor sensibilidad de los átomos de las cadenas laterales directamente unidos al núcleo. Los núcleos bencénicos que contienen grupos oxigenados forman alcoholes y ácidos bencenocarboxílicos, dando lugar a productos de condensación y polimerización muy complejos, los cuales son generalmente insolubles en el aceite. Como un ejemplo de estos productos están los barnices y resinas de oxidación característicos de los aceites del tipo aromático y asfáltico. La oxidación de los aceites lubricantes es particularmente más rápida a o temperaturas elevadas y puede afirmarse que por encima de los 140 C, la o velocidad de oxidación se duplica por cada 10 C de incremento en la temperatura. Los hidrocarburos altamente refinados son por lo general más resistentes a la oxidación y esta resistencia puede mejorarse mediante aditivos químicos especiales.

CAPITULO 4

ADITIVOS Un aditivo lubricante puede definirse como una sustancia que imparte propiedades nuevas y deseables que no estaban presentes en el aceite original o refuerza y mejora algunas de esas propiedades que en algún grado contenía el aceite base. El empleo de los aditivos comenzó hacia el año de 1931, pero ha sido en los últimos años cuando su tecnología ha alcanzado los más altos niveles de desarrollo. Los avances en la industria automotriz y la maquinaria industrial imponen día a día mayores exigencias a los lubricantes, lo cual implica una constante investigación en el campo de la fabricación y síntesis química de los aditivos para aceites lubricantes. Grandes empresas multinacionales se dedican exclusivamente a investigar y desarrollar, mediante los más modernos laboratorios, nuevos productos químicos que cumplan en forma más eficiente y económica con las exigencias actuales de los lubricantes. Estos productos son distribuidos mediante nombres comerciales registrados y la formulación adecuada permite obtener "paquetes" de aditivos para cumplir con las especificaciones y clasificaciones internacionales. Los aditivos utilizados deben poseer condiciones tales como una buena solubilidad a altas y bajas temperaturas en un amplio rango de bases lubricantes, desde los tipos nafténicos hasta los parafínicos. Deben ser resistentes a la degradación bajo las condiciones a las cuales es expuesto el aceite durante su servicio. Deben ser compatibles con otros tipos de aditivos usados en la formulación final y como es deseable no deben ser tóxicos ni inducir contaminación. Además junto a todos los requerimientos anteriores los aditivos deben ser económicos o de lo contrario su uso no puede comercializarse. A continuación estudiaremos los más importantes tipos de aditivos.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

4.1 MEJORADORES DE INDICE DE VISCOSIDAD La función principal de estos aditivos es lograr más bajas viscosidades a baja temperatura y viscosidades más altas a alta temperatura. El aditivo disminuye la pendiente de la recta en el diagrama viscosidad-temperatura (ASTM), o lo que es lo mismo aumenta grandemente el índice de viscosidad. Se produce una elevación de la viscosidad en mayor grado a 210 oF que a 100 o F, lo cual parece ser debido a la mayor solubilidad del aditivo a alta temperatura ejerciendo una mayor influencia en la viscosidad a alta temperatura que a baja temperatura donde su solubilidad es relativa y permanece en suspensión coloidal formando una fase pobre en aceite. La mayoría de compuestos utilizados como aditivos mejoradores de índice de viscosidad son polímeros de alto peso molecular, tales como el poliisobutileno. polímeros del alquil estireno, polimetacrilatos y poliacrilatos.

4.2 DEPRESORES DEL PUNTO DE FLUIDEZ La función principal es disminuir el punto de fluidez, especialmente en aceites parafínicos. Son agentes de elevada actividad superficial, capaces de recubrir los cristales de parafina a medida que se forman, impidiendo el desarrollo de estructuras cristalinas mayores cuya interacción formaría un gran retículo en la masa del aceite que impediría que fluyera libremente. Entre los aditivos más importantes de este grupo están los productos de condensación de hidrocarburos parafínicos con fenol y naftaleno, polimetacrilatos y poliacrilatos.

4.3 DETERGENTE - DISPERSANTE La función es mantener los productos de la combustión y alteración del aceite en estado de suspensión coloidal. Muchos de estos aditivos contienen además, suficiente reserva alcalina para neutralizar los ácidos producidos en la oxidación.

CAPITULO 4 : ADITIVOS ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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Se caracterizan en general por la alta polaridad de sus moléculas las cuales se unen por su extremo polar con las partículas contaminantes o cadenas polares de hidrocarburos oxidados. La mayoría de estos aditivos contienen un metal enlazado por un puente inorgánico (grupo sulfónico o hidroxilo) a una combinación orgánica de elevado peso molecular, que es la que asegura la solubilidad del compuesto en el aceite. Los compuestos químicos más importantes son los sulfonatos y fenatos que contienen en su molécula metales tales como el calcio, bario y magnesio. Todos estos aditivos, al quemar el aceite dejan un gran contenido de cenizas y generalmente son muy efectivos para contrarrestar los depósitos producidos en motores que trabajan a altas temperaturas.

4.3.1 Dispersante sin cenizas. Su desarrollo se ha incrementado en los últimos diez años, permitiendo incrementar los períodos de drenaje del aceite y resolviendo los problemas de lodos y emulsiones en motores diesel y gasolina. Estos aditivos forman una delgada película que rodea y estabiliza los contaminantes del aceite y mantiene limpios los pistones por su característica de no dejar cenizas. Todos estos aditivos se comportan mejor con los depósitos a bajas temperaturas y tienen una buena función básica y mejoradora del índice de viscosidad. Los compuestos son generalmente polímeros que contienen en su molécula nitrógeno.

4.4 INHIBIDORES DE OXIDACION Se utilizan para reducir los efectos de la oxidación del aceite. Ellos colaboran también como inhibidores de la corrosión y reducen también la cantidad de ácidos contaminantes en el aceite. La función principal puede sintetizarse en los dos siguientes mecanismos:

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Eliminar los radicales libres Descomponer peróxidos

Al primer grupo pertenecen una serie de compuestos fenólicos y amínicos, los cuales tienen cierta afinidad por los radicales libres y reacciona con estos según: R. + X H ⎯⎯> RH + X.

El radical generado se combina con otros radicales presentes, lo cual permite que una molécula de inhibidor detenga dos cadenas de reacción. El producto formado al ser atacado por otros radicales es de carácter inactivo. Estos aditivos son muy utilizados en aceites cuya oxidación sigue el camino normal y no es acelerada por elevadas temperaturas, tal como en aceites para turbina, hidráulicos y de transformador. El más importante de estos inhibidores es el diterbutilparacresol o (DBPC).

CH3

OH

CH3 ⎯ C ⎯⎯

CH3 ⎯⎯ C - CH3 CH3

CH3

CH3 Al segundo grupo pertenecen aditivos que contienen en su molécula azufre o fósforo, tales como terpenos sulfurados, fosfatos alquílicos, sulfuros aromáticos y alquifenólicos. Un mecanismo aproximado se puede representar por las siguientes ecuaciones:


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R3 R3 | | R1 - C - OOH + X ⎯⎯> R1 - C - O+ + XOH| | R2 R2

R2 R3 | | R1 - C - O+ ⎯⎯> R1 - O - C+ | | R3 R2

R2 R2 | | + R1 - O - C + XOH ⎯⎯> R1OH + C = O + X | | R3 R3

4.5 INHIBIDORES DE CORROSION Son productos que anulan el efecto catalítico de los metales formando capas protectoras sobre la superficie metálica. Su efecto puede considerarse también de índole antioxidante del aceite no solo desde el punto de vista anterior sino también en la descomposición de peróxidos. El aditivo más importante de este tipo es el alquilditiofosfato de cinc (ZDDP), el cual tiene además propiedades antidesgaste.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ R1O

S

S

P

R2O

R1O P

S ⎯ Zn ⎯ S

R2O

4.6 EXTREMA PRESION Cuando las cargas aumentan a tal punto que los aditivos de lubricidad no surten efecto, debe buscarse un aditivo de alta resistencia de película que generalmente se conoce como Extrema Presión (E.P.). Los elementos químicos que han demostrado mayor efectividad son el azufre, el cloro y el fósforo. Las combinaciones orgánicas que contienen estos elementos reaccionan a ciertas temperaturas con la superficie metálica, formando películas que protegen la superficie. Las combinaciones cloradas y sulfuradas forman una capa de cloruros y sulfuros metálicos, cuya estructura blanda disminuye el coeficiente de fricción evitando la soldadura de los puntos más salientes de la superficie. La acción de los compuestos del fósforo radica en la formación de compuestos con el metal, los cuales presentan temperaturas eutécticas bajas. La fluidez de las aleaciones formadas, les permite extenderse sobre las superficies metálicas, con lo cual la carga se distribuye sobre un área mayor y las condiciones de temperatura se hacen menos extremas. Puede decirse que el aditivo extrema presión combina dos efectos: antisoldadura y pulimento químico. o Estos aditivos sólo son efectivos a temperaturas superiores a los 130 C y a temperaturas inferiores se combinan con aditivos de lubricidad y ésteres sintéticos.

Un efecto interesante se logra combinando compuestos que contengan azufre con un jabón de plomo ya que se forman sulfuros de plomo cuyo punto de fusión (700oC) es más bajo que el punto de fusión de los sulfuros de hierro (1200 oC). Las combinaciones azufre-cloro presentan mejor solubilidad y estabilidad que las anteriores y son menos corrosivas con los metales, constituyen una amplia gama de lubricantes E.P. para engranajes.


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El grado de reactividad más conveniente de un aditivo E.P. depende de la aplicación a que se destina el aceite, entre cuyas variables aparece la naturaleza del metal. En aquellos casos en que el lubricante se encuentra en contacto con el metal durante períodos de tiempo muy cortos, deberá emplearse un aditivo muy activo. En un engranaje, el aditivo deberá ser tal que la reacción química se produzca solamente cuando se alcanzan unas condiciones que podrían dar lugar al gripado. De todas estas consideraciones se deduce, que el problema de la lubricación E.P. no es solamente conseguir una disminución en la fricción y desgaste y una buena película o capacidad de carga, sino que esto debe lograrse controlando en lo posible el desgaste por corrosión, agravado por la presencia de humedad, inestabilidad térmica de los aditivos y reacciones prematuras que se puedan suceder.

4.7 ANTIDESGASTE En condiciones de lubricación límite, los aditivos E.P. son también aditivos antidesgaste, pues previenen el desgaste por escoriación y el rayado. Para lubricación E.P. moderada se utiliza el fosfato de tricresilo, cuyo efecto de pulido químico suaviza la superficie y reduce el desgaste. En aceites de cárter son muy utilizados los alquidiotiofosfatos de cinc, para reducir el desgaste de impulsadores de válvulas. Todos los inhibidores de corrosión pueden ser considerados como aditivos antidesgaste por su capacidad para formar sobre las superficies películas protectoras del metal para el desgaste corrosivo.

4.8 ANTIHERRUMBRE En muchos casos resulta necesario proteger las superficies metálicas contra la herrumbre ocasionada por la humedad que penetra a los sistemas de lubricación en forma de condensación o por escapes. Lo anterior se logra mediante un aditivo que, agregado al aceite, tiende a depositarse sobre las superficies metálicas formando una especie de escudo protector, lo cual no solo evita que el agua entre en contacto con el metal, sino que además desplaza cualquier cantidad de agua de las superficies, evitando la corrosión.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Dentro de este grupo están las sustancias polares tales como derivados de ácidos grasos, ésteres del ácido fosfórico y algunos sulfonatos.

4.9 ANTIESPUMANTES Uno de los problemas más importantes para ciertos tipos de aceites lubricantes, es la formación de espuma. El fenómeno consiste en que un gas se dispersa dentro de un líquido formando gran cantidad de burbujas. La formación de espuma más corriente se debe al aire y las causas son generalmente mecánicas, como el exceso de batido originado por partes en movimiento. También es frecuente en sistemas de circulación a presión, cuando una entrada de aire por alguna junta u orificio del lado de baja presión produzca la formación de espuma. La tendencia a la formación de espuma, puede disminuir el efecto lubricante, porque introduce la posibilidad de que la película de aceite pierda continuidad y se vea sustituida por una serie de burbujas de aire. En circuitos hidráulicos la espuma puede causar una pérdida apreciable en la presión del sistema. Cuando se desea que un aceite posea mayor habilidad para reducir la formación de espuma, se le incorporan aditivos especiales, los cuales parece que se concentran alrededor de las burbujas de aire envolviéndolas y debilitándolas hasta reventarlas, o permitiendo que las pequeñas burbujas formen otras de mayor tamaño las cuales suben rápidamente a la superficie. Los aditivos antiespumantes más utilizados, pertenecen a los polímeros de silicona, cuya fórmula general es:

R | ⎯ Si - O | R n Las siliconas se caracterizan por una gran estabilidad, baja tensión superficial, baja volatilidad y elevado índice de viscosidad. Las concentraciones de estos productos son generalmente muy bajas y suficientes para formar películas de baja elasticidad y en consecuencia espumas inestables.

CAPITULO 5

CLASIFICACION DE LOS ACEITES LUBRICANTES 5.1. CLASIFICACION ISO PARA LUBRICANTES INDUSTRIALES Fue establecida por la "International Organizacion for Standarizacion" (ISO) con el fin de unificar las denominaciones de los aceites industriales. Es una clasificación de viscosidad y se basa en su medición a 40 oC en centistokes. Todo aceite debe llevar luego de su denominación comercial el número correspondiente al grado ISO. Este número es el valor promedio de la viscosidad en cSt a 40 oC entre el valor mínimo y el valor máximo dado en la tabla de clasificación. TABLA 5.1 CLASIFICACION DE VISCOSIDADES "ISO"

Grado ISO

2 3 5 7 10 15 22 32 46 68

Viscosidades en cSt a 40 oC Mínimo 1.98 2.88 4.14 6.12 9.00 13.5 19.8 28.8 41.4 61.2

Máximo 2.42 3.52 5.06 7.48 11.0 16.5 24.2 35.2 50.6 78.4

60


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

Grado ISO

100 150 220 320 460 680 1000 1500

Viscosidades en cSt a 40 oC Mínimo 90.0 135.0 198.0 288.0 414.0 612.0 900.0 1350.0

Máximo 110.0 165.0 242.0 352.0 506.0 748.0 1100.0 1650.0

5.2 CLASIFICACION SAE PARA LUBRICANTES AUTOMOTORES Fue establecida por la "Society of Automovile Engineers" (SAE), una organización constituida en los Estados Unidos, la cual creó una nomenclatura mundial de clasificación de aceites para motor. La clasificación SAE se basa exclusivamente en la viscosidad de los aceites y normalmente utiliza dos temperaturas. En el año de 1941 se aprobó el uso de números precedidos de la letra W (winter), para ser utilizados en países donde las temperaturas pueden ser muy bajas durante las estaciones invernales. A continuación se dan las tablas de clasificación SAE para aceites lubricantes de cárter y de transmisión.

TABLA 5.2 CLASIFICACION SAE DE ACEITES PARA CARTER Grado SAE 5W 10 W 20 20 W 30 40 50

Viscosidad SSU a Viscosidad SSU a 100 oF 210 oF 46 - 50 136 - 165 193 - 235 45 - 58 284 - 347 417 - 510 58 - 70 625 - 764 70 - 85 917 - 1121 85 - 110

CAPITULO 5 : CLASIFICACION DE LOS ACEITES LUBRICANTES ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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TABLA 5.3 CLASIFICACION SAE DE ACEITES PARA CARTER

Grado SAE

Viscosidad cSt máx (- 18 oC) 1.250 2.500 5.000 10.000

5W 10 W 15 W 20 W 20 30 40 50

TABLA 5.4

Grado SAE

Viscosidad cSt a 100 oC mín

máx

3.8 4.1 5.6 5.6 5.6 9.3 12.5 16.3

9.3 12.5 16.3 21.9

CLASIFICACION SAE DE ACEITES PARA TRANSMISIONES MANUALES Y DIFERENCIALES Temperatura Máxima 150.000 cp(oC)

75 W 80 W 85 W 90 140 250

- 40 - 26 - 12

Viscosidad cSt a 100 oC Mín 4.1 7.0 11.0 13.5 24.0 41.0

Máx

24.0 41.0

5.2.1 Aceites Multígrados Son aceites con aditivos mejoradores de índice de viscosidad que les permite cumplir simultáneamente con dos grados SAE. Estos aceites tienen la gran ventaja de permitir un fácil arranque en frío, cualidad impartida por la letra W, y la posibilidad de conservar la viscosidad a alta temperatura.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

La tendencia actual en la lubricación automotriz es el uso cada vez mayor de los aceites multígrados ya que estos proporcionan un mejor control del consumo de aceite, mejor protección contra el desgaste y mayor economía de combustible. Los aceites lubricantes multígrados son preferidos por los fabricantes Americanos de servicio pesado y servicio liviano y también por los fabricantes Europeos y Japoneses. Los grados SAE más comunes son: 15W-40, 20W-40 y 15W-50. Una tendencia interesante en los Estados Unidos es que los fabricantes de automotores se están inclinando hacia los aceites lubricantes de más baja viscosidad. En el caso de los aceites para servicio ligero, de los populares 10W-30 y 10W-40 hacia los 5W-30. En el caso de los aceites lubricantes para servicio pesado, los estudios conducen a reemplazar gradualmente el grado 15W-40 por el grado 10W-30 debido a sus ventajas en arranque y economía de combustible.

μ 20 W 15 W 15W-50 10 W

50 40

30

100oF

30

210oF

5.3 CLASIFICACION API PARA LUBRICANTES AUTOMOTORES Hacia el año de 1947, las industrias del petróleo y automotriz, reconocieron la necesidad de un sistema de clasificación para los aceites de cárter, que tuviera en cuenta otros factores diferentes a la viscosidad del aceite. El "Americam Petroleum


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Institute" desarrolló por ese año un sistema que clasificaba los aceites en REGULAR, PREMIUM y SERVICIO PESADO. Posteriormente las industrias automotriz y petrolera iniciaron investigaciones para un sistema, en el cual las definiciones anteriores fueran adecuadas. Como resultado, en el año 1952 el Instituto Americano del Petróleo (API), en cooperación con la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM) desarrolló el sistema de clasificación de servicio API para motores. Esta norma, describió y clasificó, en términos generales, las diferentes condiciones bajo las cuales los motores eran operados. Estas descripciones ofrecieron las bases para seleccionar y recomendar los aceites lubricantes para cárter. Aunque este método, presentó ventajas sobre los antiguos sistemas, existía el problema de una pobre comunicación entre el fabricante y el consumidor final. Una gran flexibilidad fue necesaria para satisfacer el cambio en los servicios y requerimientos de lubricación de la industria automotriz. Por lo tanto, en 1970, el Instituto Americano del Petróleo, La Sociedad Americana de Pruebas y Materiales y la Sociedad de Ingenieros de Automóviles, cooperaron en el establecimiento de un nuevo sistema de clasificación API, para servicio de motores. Este sistema habilitó a los aceites lubricantes a ser definidos y seleccionados con base en sus características de rendimiento y los tipos de servicio para los cuales son formulados. Se debe enfatizar que la clasificación API de servicio para motores, es totalmente diferente a la clasificación de viscosidad SAE. Esta última sólo indica la viscosidad de los aceites lubricantes. Para cumplir los requerimientos del equipo debe seleccionarse el producto adecuado, utilizando tanto la clasificación API como la clasificación SAE. El sistema de clasificación API incluye 22 clases de servicios, los cuales se muestran en las tablas 5.5 y 5.6.

TABLA 5.5 CLASIFICACION API PARA MOTORES A GASOLINA (TIPO "S" , ESTACIONES DE SERVICIO)

Clasificación de Servicio

Designación Militar o Industrial

SA SB

Mineral Puro Aceite Inhibido

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ SC SD

Ford M2 C 101-A Ford M2 C 101-B GM 6041 - M Ford M2 C 101-C GM 6136 - M MIL-L-46152 MIL-L-2104 C MIL-L-46152 B MIL-L-2104 D

SE SF SG SH SJ SL

SM

TABLA 5.6 CLASIFICACION API PARA MOTORES DIESEL (TIPO "C" , COMERCIAL)

Clasificación de Servicio

Designación Militar o Industrial

CA CB CC

CD CE CF CF-4 CG-4 CH-4 CI-4 CI-4 PLUS

MIL-L-2104 A Suplemento 1 MIL-L-2104 B MIL-L-46152 Serie 3 MIL-L-45199 B MIL-L-2104 C MIL-L-2104 D

5.3.1 Descripción de las clasificaciones API

SA

Aceite mineral puro sin aditivos. Para motores operados bajo condiciones favorables, donde no hay necesidad de aceites con aditivos. Esta clasificación no requiere cumplimiento de alguna especificación en particular.


SB

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(Obsoleta. No está aprobada por el Instituto de Normas Técnicas. ICONTEC) Aceite con inhibidores de corrosión y herrumbre. Para motores a gasolina operados bajo condiciones favorables, tales que requieren un mínimo de aditivos. Poseen capacidad para reducir el desgaste, resistir a la oxidación y evitar la corrosión de los cojinetes. Este tipo de aceites no se utiliza actualmente y no está aprobado por el ICONTEC. Obsoleta.

SC

Garantía aprobada para vehículos hasta modelo 1.964. Los aceites designados para este servicio ofrecen control contra la formación de depósitos a altas y bajas temperaturas, el desgaste, la herrumbre y la corrosión en motores a gasolina de automóviles y camiones modelos 1.964 a 1.967.

SD

Para motores a gasolina, modelos 1.968 a 1.970 en automóviles y camiones livianos. También se puede aplicar a ciertos modelos 1.971 y otros más nuevos cuando así lo recomiende el manual del fabricante. Los aceites designados para este servicio ofrecen mayor protección a altas y bajas temperaturas, el desgaste, la herrumbre y la corrosión, que los aceites de nivel SC y pueden ser usados cuando se recomienda dicha clasificación.

SE

Servicio típico para motores a gasolina de automóviles y camiones, desde los modelos 1.972 y algunos 1.971 y de los que operan bajo garantía del fabricante. Los aceites designados para este servicio ofrecen mayor protección que los de servicio SD y SC, contra la oxidación del aceite y la formación de depósitos a alta temperatura, la herrumbre y la corrosión y pueden ser utilizados cuando se recomiende cualquiera de estas clasificaciones.

SF

Para automóviles y camiones modelo 1980, que siguen los procedimientos de mantenimiento recomendados por los fabricantes de motores. Los aceites de este nivel ofrecen mayor estabilidad contra la oxidación y mayor protección contra el desgaste que los del servicio SE. Ofrecen además, una alta protección contra la formación de depósitos, la herrumbre y la corrosión. Este tipo de aceites puede ser utilizado donde se recomiende el uso de aceites de clasificación SE, SD y SC.

SG

Para servicio de mantenimiento de garantías de motores a gasolina 1989. En marzo de 1988 se completó el desarrollo de esta clasificación de servicio. Los aceites proporcionan un control superior de lodos y desgaste en motores modernos, así como un mejor control de la oxidación con relación a los aceites que cumplen los requisitos de la clasificación SF. La clasificación SG engloba el comportamiento CC.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

SH

Norma entrada en vigor en 1993. Supera los requisitos de aceites a nivel SG probados según el protocolo CMA previsto para las pruebas de motores (validez estadística) y certificación de los resultados de prueba.

SJ

Norma entrada en vigor a partir de octubre de 1996. Además de las pruebas de motor previstas por la SH, incluye algunas pruebas adicionales de laboratorio

SL

Norma entrada en vigor desde julio de 2001. Aceites con formulación que garantizan una mejor protección sobre depósitos a altas temperaturas. Algunos de estos productos pueden incluso cumplir la norma LSAC y/o ENERGY CONSERVING.

SM

Para todos los motores de automóviles actualmente en uso. Presentados el 30 de Noviembre del 2004, los aceites SM están diseñados para brindar una mejor resistencia a la oxidación, protección superior contra depósitos, mayor protección contra desgastes y mejor rendimiento a baja temperatura. Algunos aceites SM también cumplen con la última especificación del ILSAC o reúnen las condiciones para recibir la clasificación de “Energy Conserving”

CA

Para motores diesel operados entre condiciones favorables y condiciones moderadas, que usan combustibles de alta calidad. Ocasionalmente incluye motores a gasolina bajo condiciones livianas, que no imponen requisitos especiales contra el desgaste ni la formación de depósitos. Esta clasificación es prácticamente obsoleta y no está aprobada por el ICONTEC.

CB

Para motores operados en condiciones favorables o moderadas, que utilizan combustibles de baja calidad y que por lo tanto requieren mayor protección contra el desgaste y la formación de depósitos. Incluye ocasionalmente motores a gasolina bajo condiciones moderadas. Estos aceites ofrecen la protección necesaria contra la corrosión de cojinetes y la formación de depósitos a altas temperaturas en algunos motores diesel que utilizan combustible con altos contenidos de azufre. No está aprobada por el ICONTEC.

CC Para algunos motores diesel de aspiración natural, turbocargados y sobrealimentados, que operan bajo condiciones de servicio moderado o severo y para ciertos motores a gasolina con servicio de carga pesada. Los aceites diseñados para este servicio ofrecen protección contra la formación de depósitos a alta temperatura, la corrosión de cojinetes y la herrumbre en


67

los motores diesel. Para motores a gasolina ofrecen además, protección contra los depósitos a baja temperatura. CD Para motores de aspiración natural o turbocargados, operando en trabajos severos, que utilizan combustibles de diferentes calidades, incluyendo aquellos que poseen alto contenido de azufre y que requieren un control efectivo contra el desgaste y la formación de depósitos; ofrecen protección adecuada contra la corrosión de cojinetes y la formación de depósitos altas temperaturas. CE

Servicio típico en motores Diesel para trabajo pesado, turboalimentados o sobrealimentados, fabricados a partir de 1983 y que trabajan en condiciones de baja velocidad y alta carga e igualmente en condiciones de alta velocidad y alta carga. También se podrán usar los aceites para el servicio CE cuando se recomiendan categorías API anteriores de servicio en motores Diesel.

CF

Motores Diesel en servicio muy pesado. Típico de los motores diesel de inyección directa y de los motores diésel en general que funcionan incluso con gasóleos con alto contenido de azufre. Introducida en 1994, supera ampliamente las prestaciones previstas para las categorías CD y CE.

CF-4 Motores Diesel en servicio muy pesado. Esa categoría fue introducida en 1990 y describe aceites utilizados en motores diésel a alta velocidad. Los aceites CF-4 superan las prestaciones previstas para la categoría CE y garantizan un mejor control sobre el consumo de lubricante y sus depósitos. CG-4 Motores Diesel en servicio muy pesado. Esta categoría fue introducida en 1994 y describe aceites utilizados en motores diésel de vehículos industriales que funcionan con gasóleos con un contenido mínimo de azufre >0,05%. Los aceites CG-4 superan las prestaciones previstas para los aceites CF-4. CH-4 Introducida desde el 01/12/98, diseñada para superar las limitaciones de normas de emisión para motores de alta velocidad. Los aceites CH4 están preparados especialmente para ser utilizados con carburantes diésel con un contenido de azufre no superior a 0,5% y pueden ser usados cuando se requieran los lubricantes CD-CE-CF4-CG4. CI-4

Para motores Diesel de cuatro tiempos del servicio pesado diseñados para satisfacer las normas de emisiones de gases contaminantes implementadas en octubre de 2002 y especialmente producidos para utilizar combustibles con menos de 0.5% de azufre en peso. Es la norma más reciente de API.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

CI-4 Plus Utilizado conjuntamente con API CI-4, la denominación “CI-4 Plus” identifica los aceites desarrollados para brindar un mayor nivel de protección contra el aumento de viscosidad provocado por el hollín y la pérdida de viscosidad ocasionada por el deslizamiento en los motores Diesel. Al igual que la denominación de “Energy Conserving”, CL-4 Plus aparece en la parte inferios del símbolo de servivio “Donut” de API

5.4 CLASIFICACION API DE LUBRICANTES PARA ENGRANAJES AUTOMOTORES Esta clasificación se basa en el tipo de engranaje y el nivel de protección antidesgaste que requiere. Generalmente se expresa con dos letras y un número. Las letras son GL e indican que el aceite es para transmisión mecánica y el número indica el nivel de calidad.

GL - 1

Para engranajes cónicos, helicoidales y sinfin-corona en condiciones de trabajo liviano. Se recomiendan para unidades con elementos de bronce y no poseen aditivos de extrema presión.

GL - 2 Similar al anterior pero en condiciones un poco más severas. GL- 3

Aceite recomendado para engranajes que trabajan bajo condiciones moderadamente severas de velocidad y carga en unidades con elementos de bronce. No contienen aditivos E.P.

GL - 4 Aceites para transmisiones de tipo hipoide en automóviles y camiones que operan manualmente. Estos aceites contienen aditivos con E.P. moderada y no se recomiendan para unidades con elementos de bronce. GL - 5 Aceites para transmisiones de tipo hipoidal en automóviles y camiones que trabajan bajo condiciones muy severas. Contienen aditivos extrema presión. GL - 6

Operación de engranajes hipoidales muy excéntricos (con excentricidad superior a 50 mm y acercándose al 25% del diámetro del engranaje anular o corona) en condiciones de alta velocidad y de alto rendimiento.

CAPITULO 6

GRASAS LUBRICANTES Una grasa es una dispersión coloidal muy fina de un agente espesante en un fluido lubricante.

6.1 FABRICACION DE GRASAS La fabricación de una grasa se realiza combinando el agente espesante y llevándolo a la temperatura de fusión. En este momento se añade el lubricante, poco a poco, en pequeñas dosis, y sin dejar que la temperatura descienda. Es importantísimo, en la fabricación de la grasa, que haya agitación ininterrumpida. Como fluido lubricante se elige, generalmente, un aceite del petróleo, pero, para algunas aplicaciones particulares, se recurre a un fluido sintético, un aceite graso o un compuesto orgánico. El agente espesante es, normalmente, un jabón o una mezcla de jabones metálicos, agentes gelificantes naturales u orgánicos, arcilla, sílice, etc. Los aditivos que se añaden son para mejorar las propiedades de los jabones metálicos. Se adicionan cuando ya está fabricada la grasa y debe agitarse constantemente durante su incorporación. ACIDO GRASO ADITIVOS JABON METALICO

GRASA

BASE ACEITE MINERAL

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

6.2 CLASIFICACION DE LAS GRASAS LUBRICANTES

Las grasas pueden clasificarse según la naturaleza del agente espesante o según su consistencia. Estas dos características permiten la identificación de las grasas pero no constituyen un criterio de calidad.

6.2.1 Según la naturaleza del agente espesante. Grasas de calcio, sodio, litio, aluminio, bario o estroncio, cinc, plomo y potasio. Grasas de bentonita. Grasas de sílice coloidal (gel). Como aditivos principales para estas grasas se suelen utilizar antioxidantes, agentes de extrema presión, anticorrosivos, bisulfuro de molibdeno, grafito, bisulfuro de tugsteno, titanio, etc.

6.2.2 Según su consistencia. El "National Lubricanting Grease Institute of America" (NLGI) ha establecido una clasificación para las grasas, basada en la medida de la consistencia, la cual viene determinada por la penetración que tiene un cono normalizado. La penetración dada en la tabla está en décimas de milímetro.

TABLA 6.1 NLGI 0 1 2 3 4 5 6

CLASIFICACION "NLGI" DE GRASAS Grado de Consistencia Semi-fluida Muy blanda Blanda Mediana Dura Muy dura Extradura

Penetración ASTM 335/385 310/340 265/295 220/250 175/205 130/160 85/115

CAPITULO 6 : GRASAS LUBRICANTES ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

71

6.3 CLASIFICACION DE SERVICIO ASTM D 4950 PARA GRASAS LUBRICANTES DE USO AUTOMOTRIZ 6.3.1 Servicio L LA Chasis y juntas universales bajo condiciones de alta carga con relubricación frecuente igual o menor a 3.200 Km. LB Chasis y juntas universales sujetas a contaminación con agua y altas cargas. Temperatura de uso (-40 ºC a 120 ºC) con intervalos de lubricación mayores a 3.200 Km.

6.3.2 Servicio G GA Lubricación de cojinetes de ruedas en un rango limitado de temperaturas GB Lubricación de cojinetes de ruedas en un amplio rango de temperaturas desde -40 ºC con frecuentes aproximaciones a 120 ºC y ocasionalmente a 160 ºC GC Lubricación de cojinetes de ruedas en un amplio rango de temperaturas. Temperaturas desde -40 ºC con frecuentes aproximaciones a 160 ºC y ocasionalmente a 200 ºC.

6.4 PROPIEDADES DE LAS GRASAS LUBRICANTES

Las propiedades de las grasas como lubricantes son una función del aceite mineral utilizado y de la naturaleza del jabón metálico. El aceite confiere a las grasas sus cualidades lubricantes y ejerce influencia sobre la estructura, adherencia, y la estabilidad química térmica de la grasa. La naturaleza del jabón tiene influencia sobre la estructura de la grasa, su resistencia al agua, resistencia a la temperatura y a los esfuerzos mecánicos.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Las siguientes son las principales ventajas que presentan los diferentes agentes espesantes:

6.4.1

Los jabones de calcio aportan untuosidad, insolubilidad en agua, resistencia mecánica, y punto de fusión alrededor de 100 oC.

6.4.2 Los jabones de sodio confieren altos puntos de fusión (alrededor de 180 o C) y buena protección antiherrumbre.

6.4.3 Los jabones de aluminio dan adherencia excepcional al metal y un punto de fusión de hasta 115 - 120 oC.

6.4.4 Los jabones de litio confieren a la grasa un punto de goteo de alrededor de 180oC. Las propiedades indeseables de los geles de jabones de litio se pueden combatir fácilmente con fórmulas mixtas (Ca/Li) y con ácidos grasos especiales.

La siguiente tabla resume las características que aporta el jabón base a la grasa lubricante.

TABLA 6.2

CARACTERISTICAS DE LAS GRASAS SEGUN EL TIPO DE JABON BASE

Litio Resistencia Muy buena al calor Buena Resistencia al agua Resistencia Muy Buena Mecánica 180 Punto de Goteo (oC) Cristal. Estructura Aspecto

Liso

Sodio Buena

Calcio Mínima

Aluminio Mínima

Mínima

Muy buena

Buena

Buena

Muy buena

Mínima

150

95

110

Cristal.

Cristal. granulada Liso

Amorfa

Fibroso

Adherente


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Por otra parte existen las grasas multipropósito o "multipurpose" (todo uso). Este tipo tiene que reunir las propiedades de las cuatro grasas fundamentales: sodio, calcio, aluminio y litio. Deben tener las propiedades necesarias para ser aplicadas ventajosamente en chasis y ruedas cuando se trata de engrase automotriz y en cualquier elemento cuando se trata de engrase industrial. Además de lo anterior una grasa debe tener poder de obturación, es decir, oposición a la penetración de polvo y materias extrañas; poder de protección antiherrumbre de las piezas; resistencia a ser expulsada por choque o por la fuerza centrífuga de los elementos que engrasa, y resistencia a los agentes externos con quienes tiene que estar en contacto (agua, aire, vapor, productos químicos, etc.)

6.5 MEDIDA DE LAS CARACTERISTICAS DE LA GRASA 6.5.1 Penetración. Esta característica permite apreciar la resistencia de la grasa a las deformaciones temporales. Este ensayo se efectúa por medio de un penetrómetro. Se deja hundir durante cinco segundos, un cono en la grasa a 25 oC. La profundidad de hundimiento del cono, medida en 1/10 de mm da el valor de la penetración.

6.5.2 Punto de goteo. El punto de goteo da simplemente una indicación de la resistencia al calor. Esto no representa, en ningún caso la temperatura que puede soportar una grasa en servicio. La temperatura límite de utilización de una grasa se coloca entre 20 oC y 40 oC por debajo de su punto de goteo. El punto de goteo varía según el jabón que se utilice. Todas las grasas con base en un mismo jabón tienen un punto de goteo muy similar.

6.5.3 Estabilidad al laminado. La grasa se lamina entre las paredes de un cilindro hueco que tiene un cilindro macizo en su interior. Después de cuatro horas de rotación a 160 revoluciones por minuto, se mide la penetración de la grasa.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ La diferencia de la penetración, antes y después de la prueba da una medida de la estabilidad al laminado y por consiguiente de su aptitud para lubricar cojinetes antifricción.

6.5.4 Prueba TIMKEN. Este aparato permite estudiar las características de extrema presión de los aceites y grasas. El lubricante es puesto entre un anillo de acero que gira a velocidad constante y un bloque de acero montado a un extremo de una palanca. Al otro extremo de la palanca se colocan pesas que permiten la variación de la presión con la cual el bloque se apoya sobre el cilindro. Se determinan las pesas necesarias para provocar el comienzo del desgaste (esto se reconoce por una caída brusca en la velocidad del anillo). Mientras mayores sean las pesas, mejor es la calidad de extrema presión del lubricante.

6.5.5. Estabilidad química. Se trata de una prueba de resistencia a la oxidación y se lleva a cabo por el método de la bomba ASTM 942. El ensayo consiste en colocar la grasa en pequeños cristalizadores y someterla, en una bomba, a presión de oxígeno de 110 psia.

6.5.6 Estabilidad mecánica. Para conocer esta propiedad se realiza un ensayo de trabajo motorizado, valiéndose de un pistón perforado preparado para un movimiento de vaivén. La grasa se trabaja por laminado y se mide la penetración después de 10.000, 50.000 y 100.000 golpes.

6.5.7 Estabilidad de almacenaje. Se pueden aplicar los siguientes métodos: o A) Método Federal USA-VVL N 322 T

Determinado peso de grasa se coloca en un tamiz de malla, sobre un cristalizador tarado a 25 oC y se aplica una presión de 0.35 psi durante 24 horas. Se pesa el aceite separado.


75

B) Método IP bajo presión en frío. Un peso conocido de grasa se coloca sobre un tamiz cónico y se le aplica una presión, sin calentar la grasa. Se pesa el aceite separado.

6.5.8 Tendencia a las fugas sobre chasis. Un chasis esquematizado de automóvil se apoya sobre dos rodamientos de rodillos cargados con un peso convenido de grasa. Un anillo colector tarado recupera la grasa o el aceite proyectado por los rodamientos. El aparato rueda o a 660 r.p.m. en un recinto mantenido a 104 C, durante 6 horas.

6.5.9 Medida del poder antiherrumbre. Se utiliza el test SKF Los rodamientos de doble hilera de bolas se llenan con dos tercios de grasa y un tercio de agua destilada. El proceso es de tres días de marcha, a razón de 16 horas de trabajo y 8 horas de parada. Antes de proceder al desmontaje se deja parado tres días. El resultado se determina tras examen minucioso del agua, la grasa, las bolas, las huellas y los compartimentos de las bolas de los rodamientos.

6.5.10 Penetración del agua. Un rodamiento cargado de grasa gira a 630 r.p.m., en un compartimento que 2 ha de estar ajustado porque tiene un chorro de agua, de 1 mm de sección, sobre el rodamiento (5 ml de agua por segundo). Después de una hora se examina el rodamiento y se determina la parte de grasa lavada.

6.6 SELECCION DE UNA GRASA Para seleccionar adecuadamente una grasa, primero se determina el tipo de grasa y luego su consistencia.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 6.6.1 Factores que determinan el tipo de grasa. 6.6.1.1 Temperatura de operación: Menor de:

10 oC 60 oC 120 oC 160 oC

Grasa de litio Todas las grasas Sodio y litio Litio

6.6.1.2 Atmósfera: Seca Todas las grasas Húmeda Calcio, aluminio y litio

6.6.1.3 Naturaleza de la parte a engrasar: Cojinetes lisos

Litio, sodio, calcio

Cojinetes abiertos con depósito de grasa

Sodio

Cojinetes antifricción(bolas y rodillos)

Sodio, litio

Engranajes

Aluminio, litio

Articulaciones

Aluminio, litio

6.6.2 Factores que determinan la consistencia de la grasa.

Tolerancia : A mayor tolerancia corresponde una mayor consistencia, esto es mayor NLGI. Velocidad : Si la velocidad es muy elevada la grasa debe ser más blanda. Carga

: Cuando existen grandes cargas la consistencia debe ser mayor. Con aditivos E.P. podrían utilizarse grasas más blandas.

Método de engrase : Cuando se trata de sistemas de engrase centralizado deben utilizarse grasas blandas cuya consistencia es 1 a 2.


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6.7 CONTRAINDICACIONES Una grasa cuya base sea un jabón de calcio no debe ser usada en rodamientos de bolas o engranajes. Una grasa cuya base sea un jabón de sodio no debe ser utilizada en aquellos elementos que trabajan en presencia de agua o puedan ser afectados por ella. Una grasa cuya base sea un jabón de aluminio no debe trabajar a temperaturas superiores a los 60 oC. Una grasa cuya base sea un jabón de estroncio o de bario no se debe mezclar con otras grasas. Una grasa cuya base sea un jabón de litio no debe ser usada en presencia de agua excesiva. Una grasa cuya base sea la bentonita no debe ser utilizada en rodamientos de bolas. Una grasa cuya base sea un gel de sílice tampoco debe ser utilizada en rodamientos de bolas.

6.8 UTILIZACION GENERAL DE LAS GRASAS Se utilizan las grasas en lugar de los aceites en cada uno de los siguientes casos: 6.8.1 Engrase de mecanismos no adecuados para retener el aceite.

6.8.2 Engrase de mecanismos expuestos al polvo y a condiciones ambientales externas.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 6.8.3 Engrase de superficies ásperas o sometidas a choques o vibraciones. 6.8.4

Engrase de mecanismos de acceso difícil donde el lubricante debe permanecer en servicio bastante tiempo.

CAPITULO 7

LUBRICANTES SINTETICOS Y LUBRICANTES SOLIDOS 7.1 LUBRICANTES SINTETICOS Los lubricantes sintéticos son productos químicos de alto peso molecular capaces de proporcionar una lubricación eficiente en casos en los cuales los productos del petróleo son inoperantes. Cuando se trabaja a muy altas o bajas temperaturas se requiere una alta resistencia a la oxidación, un elevado índice de viscosidad y una gran estabilidad térmica, características estas muy difíciles de alcanzar con derivados del petróleo. Los lubricantes sintéticos se comportan muy bien bajo las condiciones anteriores pero debido a su uso muy especializado son costosos y casi siempre de difícil suministro y asesoría de parte del fabricante. A continuación se estudiarán los principales lubricantes sintéticos y su características principales.

7.1.1 Siliconas. Son polímeros orgánicos conformados por una combinación de moléculas silicio-oxígeno-silicio. En estos compuestos una parte de los átomos de silicio se combina con los átomos de oxígeno, mientras que las restantes valencias del silicio están saturadas por radicales, que en la mayor parte de los casos son del tipo metilo y en otros casos del tipo etilo, propilo y fenilo. El esquema general de un polímero de silicona puede ser el siguiente:

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

R R R R | | | | ⎯ Si -- O ⎯ Si ⎯ O ⎯ Si ⎯ O ⎯ Si ⎯ O | | | | R R R R

La fórmula condensada sería:

(R2SiO)n

Según su estructura, las siliconas ocupan una posición intermedia entre los compuestos inorgánicos y los orgánicos, es decir, entre los silicatos y los polímeros orgánicos. La unidad elemental básica sería el SiO4 de carácter inorgánico y el SiR4 sería la combinación orgánica. Cuando se varía la composición del radical se ejerce una marcada influencia sobre las propiedades de la molécula ya que este radical puede ser un hidrocarburo saturado o insaturado y combinarse de diferente forma. El carácter inorgánico debido a la presencia de silicatos, se destacará más a medida que disminuyen las partes orgánicas presentes en cada grupo radical y en cuanto menor sea la longitud de estas. Por el contrario, las características orgánicas, aumentarán con el número de radicales y con su longitud. Esta variedad. trae como consecuencia que las siliconas líquidas de dimetilo, por ejemplo, sean insolubles en alcoholes inferiores o en aceites parafínicos, mientras que las siliconas con radicales fenilo, son compuestos miscibles en etanol y compuestos parafínicos.

7.1.1.1 Aceites de silicona. Los más comunes son el dimetil-polisiloxano y el metil-fenil-polisiloxano. El dimetil-polisiloxano posee la característica de mantenerse fluido en un amplio 6 rango de pesos moleculares y su viscosidad varía entre los 0.65 cSt y 10 cSt. La mayoría de los aceites de silicona son fluidos transparentes y muy estables. Pueden ser almacenados por tiempo indefinido sin que cambien sus características, aún en contacto con aire y a altas temperaturas.

CAPITULO 7 : LUBRICANTES SINTETICOS Y SOLIDOS ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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Pueden utilizarse a temperaturas de 250 a 300 oC durante largos períodos de tiempo sin sufrir modificaciones. Sus puntos de congelación llegan hasta -100 o C. Todos los aceites tienen un alto índice de viscosidad, prácticamente la temperatura no afecta la viscosidad de estos aceites. La resistencia de película de los aceites de silicona es muy reducida y su mayor campo de aplicación es en la lubricación de piezas sintéticas como poliamidas, poliesteroles o resinas fenólicas. Para la lubricación de piezas metálicas los resultados son aceptables en acerobronce y cromo-bronce. Nunca deben utilizarse para lubricar piezas de aceroacero. La resistencia de película puede mejorarse agregando aditivos, pero existe el inconveniente de la compatibilidad del aceite con el aditivo. Los polímeros de dimetilo y fenilo-metilo son resistentes al agua, ácidos, sales metálicas, amoniaco y agua oxigenada hasta 3%. A bajas temperaturas, los aceites de silicona se descomponen en presencia de ácidos fuertes, especialmente ácido fluorhídrico y en medios oxidantes fuertes como por ejemplo en ácido nítrico concentrado. Un aceite de dimetilo no puede mezclarse con un aceite fenilo-metilo, pero ambos son solubles en un gran número de solventes convencionales. Los aceites de silicona tienen la propiedad de distribuirse rápidamente como películas moleculares sobre los materiales sólidos. Tales capas dan a la superficie la propiedad típica de las siliconas, cual es su acción hidrófuga o capacidad para impedir que el agua penetre a la superficie lubricada.

7.1.1.2 Grasas de silicona. Las llamadas grasas de silicona presentan un aspecto similar de consistencia a las grasas convencionales, pero constituyen productos diferentes desde el punto de vista de fabricación y constitución. En la fabricación de las grasas de silicona se emplean los aceites enumerados anteriormente y como agentes reguladores de la consistencia se utilizan ácidos silícicos, grafito, silicato de calcio, talco y otros óxidos orgánicos. Los jabones metálicos de litio y aluminio también son empleados.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ La aplicación de las grasas de silicona es muy variada y aunque su resistencia a altas cargas no es muy buena puede ser mejorada mediante combinaciones especiales. El punto de goteo de las grasas de silicona es de aproximadamente 200 oC y su temperatura de utilización va desde los -90 oC hasta 170 oC. Una cualidad importante de las grasas de silicona es su gran duración respecto a las grasas convencionales, alrededor de cinco veces más a las mismas condiciones de trabajo.

7.1.2 Hidrocarburos sintetizados. Son productos obtenidos a partir de las mismas bases del petróleo que se someten a procesos posteriores de refinación, consiguiéndose con estos tratamientos fracciones determinadas de bases, eliminando componentes indeseables para producir hidrocarburos con propiedades mejoradas. Frente a la base convencional poseen buenas características de resistencia a temperaturas relativamente elevadas, índices de viscosidad igualmente superiores, y buena lubricidad. Los intervalos de temperatura de operación por consiguiente son ampliados, ofreciendo buen desempeño con valores de temperatura superiores hasta en o 50 C por encima de un aceite convencional. Bajo esta denominación se encuentran aceites como las llamadas polialfa olefinas (PAO), obtenidas de una olefina que reacciona con un material de bajo peso molecular, normalmente etileno. Mediante manipulación del proceso se consiguen polialfaolefinas con diferentes propiedades. Se tiene una base que tiene toda la cadena saturada con hidrógenos, lo que le confiere alta estabilidad a la oxidación, cualidad que los coloca aptos para la lubricación de motores de combustión interna. Se han desarrollado lubricantes con “PAO” para compresores de aire y compresores de amoniaco aprovechando nuevamente su alta estabilidad a la oxidación. Respecto a la compatibilidad con sellos, empaques y recubrimientos, ofrecen similares conductas a los aceites minerales, pues continúan teniendo características de aceites del petróleo.


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Al grupo de los hidrocarburos sintetizados pertenecen también los polibutenos, que poseen excelentes propiedades dieléctricas, además de que queman bastante limpio. La industria del aluminio los emplea especialmente para aquellas aplicaciones de laminado, estampado y extrusión que requieran tratamiento térmico posterior. En compresores de gases se utilizan también ampliamente. Pertenecen también a este grupo los aromáticos alquilados, desarrollados para sistemas de refrigeración, en turbinas de gas y para lubricantes en condiciones de servicio de baja temperatura. Finalmente los cicloalifáticos se producen, emplean y aplican en pequeña escala y tienen como característica principal excelente coeficiente a tracción y buenas propiedades antisoldantes. A continuación se dan algunas estructuras de los anteriores lubricantes:

CH3 - CH - CH2 - CH - CH2 - CH2 I I I (CH2)7 (CH2)7 (CH2)7 I I I CH3 CH3 CH3 Polialfa Olefina

CH3 CH2 CH3 I I II CH3 - C - ( - CH2 - C - ) N - CH2 - C I I I CH3 CH3 CH3 Polibuteno

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

7.1.3 Esteres de ácidos dibásicos. Se obtienen por reacción química de alcoholes con ácidos dibásicos. La manipulación de los componentes primarios, permite obtener diferentes materiales con desempeños y aplicaciones bastante definidas. Presentan alto índice de viscosidad y buena solubilidad en productos del petróleo. Se emplean como fluidos hidráulicos especiales en turbinas a gas en aviones Jet y como base de grasas de baja volatilidad.


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Dentro de este grupo, para aplicaciones a altas temperaturas, se utilizan los polioles ésteres. Las siguientes son algunas de las estructuras químicas de estos compuestos.

O O II II RO - C - (CH2) N - C -O - R Ester de ácido dibásico

O II CH2 - O - C - R I CH3 - CH2 C - CH2 - O - C - R I CH2 - O - C - R II O Poliol éster

7.1.4 Esteres fosfóricos. Poseen buenas características lubricantes, similares a las de una base del petróleo, pero su mayor ventaja es su alta resistencia a la llama, lo que los ha popularizado en equipo hidráulico localizado cerca a fuentes de ignición. A pesar de tener puntos de inflamación muy altos, no poseen buena estabilidad a largo plazo cuando se emplean a altas temperaturas, es decir, no se aplican en circuitos cerrados. La combustión de los ésteres de fosfato va acompañada de una alta producción de humos, no obstante, normalmente obtienen la aprobación de las compañías de seguros, como lubricantes de menor riesgo, de acuerdo con lo métodos de evaluación del factor de seguridad que este tipo de organización ha establecido. Así mismo algunas referencias indican que los humos de esta combustión son corrosivos.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Su uso en lubricantes de aviación para sistemas hidráulicos es muy común, así como componentes de aceites semi-sintéticos en donde forman parte de aditivos de las bases minerales del petróleo para conferir propiedades antidesgaste y antifricción, no siendo todos los ésteres de fosfato compatibles con aceite mineral. Los ésteres de fosfato tampoco poseen altos índices de viscosidad. La siguiente estructura corresponde al fosfato de tricresilo que es la base para muchos lubricantes sintéticos y semi-sintéticos, así como a nivel de aditivo en formulaciones convencionales.

O II CH3 - C6H5 - O - P - O - C6H5 - CH3 I O I C6H5 - CH3

7.1.5 Esteres de silicatos. Poseen excelente índice de viscosidad y buena estabilidad térmica. Se emplean como fluidos para transferencia de calor, fluidos hidráulicos para altas temperaturas y como componentes de fluidos hidráulicos de baja viscosidad.

7.1.6 Compuestos fluorados. Poseen una alta resistencia a la oxidación y magnífica resistencia al fuego. Se utilizan cono fluidos para transferencia de calor, lubricantes donde es necesaria una extrema resistencia a la oxidación y en la lubricación de materiales reactivos.

7.1.7 Compuestos de poliglicoles. Como poliglicoles se nombran comúnmente las bases sintéticas que resultan de la reacción química del óxido de etileno con óxido de propileno, dando un


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compuesto llamado polialquilen glicol éteres, o llamados comúnmente “PAG” o poliéteres. Se agrupan aquí algunos glicoles sencillos como el polietilene glicol y etilene glicol, conocidos en formulaciones de líquidos de frenos. La primera síntesis comercial de los polialquilen glicol fue hecha hacia 1940 por “Union Carbide” en los Estados Unidos. El manejo de la reacción química para la síntesis, así como el tipo de iniciador, que generalmente son alcoholes del tipo butanol, permite obtener una gran variedad de productos base de diferentes características.

7.2 LUBRICANTES SOLIDOS Los lubricantes sólidos son utilizados cuando las condiciones de lubricación son tales que la temperatura es extremadamente alta, las cargas extremas con vibraciones u oscilaciones en órganos de máquinas a velocidades lentas, o en condiciones desfavorables de trabajo, bien sea por la clase de materiales en contacto (acero-acero), o por la presencia de gases, ácidos o disolventes, o por el sistema de lubricación que no permite reengrasar fácilmente en máquinas de marcha continua. Los principales lubricantes sólidos son: el grafito, el bisulfuro de molibdeno, el bórax, el nitrito de boro, el sulfato de plata, el bisulfuro de tugsteno, etc. De todos los anteriores los que más se emplean son el grafito y el bisulfuro de molibdeno. Todos estos productos tienen moléculas cuya estructura cristalina es de tipo laminar u "hojaldrado", lo cual proporciona un bajo coeficiente de fricción en presencia de altas velocidades, bajas velocidades y altas cargas.

7.2.1 Grafito. En la preparación del grafito como lubricante se utiliza el grafito natural con un 99.9% de pureza. Luego de molido y triturado debe llevarse a un tamaño menor de 2 micras para poder obtener al mezclarse con un líquido, una suspensión estable y una película sólida apta para la lubricación.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Las siguientes son las características físicas y químicas del grafito: Aspecto Densidad Punto de fusión Peso molecular Conductividad térmica Coeficiente de fricción Estructura

Negro brillante 2 a 2.4 g/cm3 3500 oC 12.01 0.104 BTU/hr.pie.o F 0.1 Hexagonal

En aire atmosférico resiste temperaturas hasta de 400 oC. En ambiente inerte resiste temperaturas hasta de 650 oC. A temperatura de 100 oC resiste los ácidos. No es atacado por composiciones halógenas ni por sus ácidos. No es tóxico. El grafito se emplea como aditivo de los aceites y grasas convencionales. En condiciones de lubricación límite, el grafito produce una película de excelente poder de deslizamiento y separación.

7.2.2 Bisulfuro de molibdeno (MoS2). Es obtenido a partir de la molibdenita, la cual contiene alrededor de 0.4% de MoS2. La pureza necesaria para emplear el bisulfuro de molibdeno como lubricante debe ser del orden del 99.9%. Su estructura molecular en forma de capas le confiere su gran poder lubricante por su bajo coeficiente de fricción. Cada laminilla está formada por una capa de átomos de molibdeno con una capa de azufre en cada lado, Las capas se enlazan con fuerza, pero las laminillas adyacentes con caras de átomos de azufre forman enlaces débiles entre laminillas formando así los planos de deslizamiento de baja resistencia al corte entre las capas. A esto se debe el bajo coeficiente de fricción de MoS2. Bajo fuerzas perpendiculares, las laminillas se comprimen y se orientan paralelamente a las superficies y tienen fuerza para soportar la rotura debida a la carga. Si se llega a producir la rotura de la película, la fuerza de la cohesión del MoS2 es suficiente para permitir la cicatrización de la película lubricante. Las siguientes son las características físicas y químicas del MoS2: Aspecto Punto de fusión

Negro 1180 oC


Peso molecular Tamaño de la molécula Coeficiente de fricción Conductividad eléctrica Estructura Dureza

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160.7 6.26 x 10 -7mm 0.06 a 0.02 Ninguna Hojaldrada en capas hexagonales 1 a 1.5 en la escala de Mors

El MoS2 es químicamente inerte en presencia de aire u oxígeno a temperaturas de 400 oC. A temperaturas más altas puede oxidarse hasta trisulfuro de molibdeno (MOS3) y a partir de 590 oC en atmósfera de oxígeno, tiende a una fuerte oxidación. En presencia de H2 puede reducirse a molibdeno metálico. En vacío resiste hasta los 1100 oC y en presencia de un gas inerte puede alcanzar los 1300 oC. Es resistente a los gases, con excepción del cloro y el flúor, al agua, a los disolventes y a los ácidos en general, excluidos el nítrico concentrado y la mezcla clorhídrico nítrico. No es tóxico y se utiliza en una gran variedad de tamaños que van desde las 300 micras hasta 0.1 micras. El bisulfuro de molibdeno puede emplearse directamente en polvo, en forma de pasta, en grasas, en suspensiones coloidales o en forma de películas finas sobre las superficies metálicas.

7.2.3 Bisulfuro de tugsteno (WS2). Este lubricante sólido debido a su color blanco se utiliza con frecuencia en la industria textil y en la industria de alimentos. Posee un tamaño de alrededor de 6 micras y su resistencia a la temperatura supera al grafito y al bisulfuro de molibdeno.

7.2.4 Politetrafluoroetileno (PTFE).

Entre los materiales plásticos usados como lubricantes sólidos, el PTFE tiene la mayor afinidad hacia las superficies metálicas, una baja resistencia al corte y una gran capacidad para cicatrizar. Su estructura molecular es laminar, no

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ soporta las grandes cargas que puede soportar el MoS2, pero si las cargas no superan los 25000 psi, el PTFE tiene el más bajo coeficiente de fricción entre los lubricantes sólidos. Se comporta bien en el vacío y a temperaturas hasta de 315 oC. No es atacado por sustancias químicas.

CAPITULO 8

PRUEBAS DE LABORATORIO 8.1 GRAVEDAD API EN PRODUCTOS DEL PETROLEO (ASTM D 287)

Figura 8.1 Densímetro

Figura 8.2 Picnómetro

El método se basa en el principio de que la gravedad específica de un líquido varía directamente con la profundidad de inmersión de un cuerpo flotando en el líquido. El cuerpo flotante, el cual es graduado en unidades de gravedad API, se llama hidrómetro y determinando la intersección del menisco inferior del líquido con la escala del hidrómetro, luego de que se alcanza el equilibrio en la temperatura. Se toman las lecturas y se hacen las correcciones del caso.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Significado. El conocimiento de la gravedad API es importante en determinaciones peso/volumen. Identifica un producto del petróleo así: parafínicos con mayor API que los nafténicos y aromáticos en el mismo rango de ebullición. La gravedad API se utiliza para determinar el valor calorífico de los combustibles en combinación con otras propiedades. El rango promedio en productos del petróleo está entre 0.7 y 1.05.

8.2 DENSIDAD Y GRAVEDAD ESPECIFICA DE MATERIALES VISCOSOS POR PICNOMETRO (ASTM D 1480) La muestra líquida se introduce en un picnómetro, equilibrando a la temperatura deseada y pesando. El mismo picnómetro se pesa con agua y se calcula la densidad relativa al agua o gravedad específica.

8.3 PUNTO DE LLAMA Y COMBUSTION EN CAPSULA ABIERTA (ASTM D 92) La cápsula de prueba se llena a un nivel específico con la muestra. La temperatura de la muestra se incrementa rápidamente al comienzo y luego muy lentamente cuando el punto de llama se aproxima. A intervalos específicos una pequeña llama de prueba se pasa a través de la cápsula. La temperatura más baja a la cual la aplicación de la llama hace que los vapores próximos a la superficie entren en ignición se toma como punto de llama. Para determinar el punto de combustión el ensayo se continúa hasta que la aplicación de la llama cause la combustión del aceite por cinco segundos. Figura 8.3 Aparato de cápsula abierta

CAPITULO 8 : PRUEBAS DE LABORATORIO ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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Significado. Su conocimiento es útil en el almacenamiento de productos del petróleo con el fin de evitar riesgos innecesarios de explosión. Una mezcla de aire y vapor combustible puede ser encendida cuando su composición en volumen está entre 1% y 6%, a partir de éste valor es explosiva. Un bajo punto de llama en un aceite lubricante puede ser también un indicativo que se van a presentar mayores pérdidas por evaporación del aceite durante su uso. En evaluación de aceites usados, un valor alto respecto al inicial indica que ha habido pérdidas por evaporación y un valor bajo indicará posiblemente contaminación con combustible no quemado.

8.4 VISCOSIDAD SAYBOLT UNIVERSAL Y FUROL (ASTM D 88) Se mide el tiempo en segundos para que un volumen de 60 centímetros cúbicos de muestra fluyan a través de un orificio calibrado Universal o Furol. La viscosidad se expresa en segundos saybolt universal

Figura 8.4 Viscosímetro Saybolt

Figura 8.5 Viscosímetro de Oswald

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 8.4.1 Viscosidad Cinemática (ASTM D 445). Se mide el tiempo para que un volumen fijo de líquido pueda fluir a través de un capilar de vidrio calibrado. La viscosidad cinemática se calcula mediante el tiempo de flujo y el factor de calibración del viscosímetro. Para calcular la viscosidad absoluta según norma ASTM D 1745, se determina la densidad del líquido a la misma temperatura que la viscosidad cinemática y el producto de los dos datos anteriores constituye la viscosidad absoluta.

Significado. La viscosidad es siempre la primera consideración en la selección de un aceite lubricante. Para mayor efectividad debe estar en concordancia con la velocidad, carga y temperatura de la parte lubricada. Existe una relación también entre la viscosidad y la volatilidad de un aceite. En aceites usados un incremento en la viscosidad casi siempre indica oxidación del aceite. La oxidación de moléculas de aceite incrementa su tamaño y por consiguiente el espesamiento del aceite. La disminución de la viscosidad en un aceite de cárter usado puede también indicar dilución por combustible.

8.5 INDICE DE VISCOSIDAD (ASTM D 567) El índice de viscosidad es un número empírico que indica el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de un aceite. Se calcula como se indicó anteriormente mediante los datos de la viscosidad a 100 oF y 210 oF utilizando las tablas o los nomogramas respectivos. Significado. El índice de viscosidad debe ser tenido en cuenta en aplicaciones donde el aceite debe estar sometido a grandes cambios en su temperatura. En aceites de cárter de automóviles debe existir buena fluidez a bajas temperaturas y conservarse su viscosidad a temperaturas normales de funcionamiento. En algunos fluidos hidráulicos de aeronaves el aceite pasa de 100 oF por ejemplo en tierra a temperaturas bajo cero en vuelo, lo cual exige altos índices de viscosidad. En cuanto al tipo de base lubricante utilizada, un aceite mineral puro con un índice de 80 o más es probablemente parafínico, mientras que un aceite nafténico puede tener un índice de 40.


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8.6 PUNTO DE NEBULOSIDAD Y FLUIDEZ (ASTM D 97) El punto de nebulosidad de un aceite es la temperatura a la cual su contenido de parafinas sólidas que normalmente se encuentran en solución, comienzan a solidificarse y separarse en pequeñísimos cristales, haciendo que el aceite aparezca como nebuloso o turbio. El punto de fluidez es la mínima temperatura a la que el aceite puede fluir o verterse.

Figura 8.6 Aparato para punto de fluidez

Significado. El conocimiento del punto de fluidez de un aceite está relacionado con el funcionamiento de una máquina a baja temperatura. El aceite nunca debe cristalizar durante su funcionamiento y en algunos casos incluso durante su almacenamiento.

8.7 ESCALAS DE COLORES Varias escalas son utilizadas para determinar los colores de un producto del petróleo. La conversión y comparación aproximada de las escalas más comunes puede hacerse utilizando una tabla de comparación de colores. Ver apéndice 16.

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Colorímetro Saybolt. Se utiliza para aceites blancos, naftas, parafinas, combustibles, kerosene y solventes. Colorímetro Tag-Tobinson. Se utiliza para aceites industriales, solventes, parafinas y aceites de proceso. Sistema platino-cobalto (APHA). En solventes para laca, diluyentes y productos petroquímicos.

Figura 8.7 Colorímetro

Escala ASTM D 1500. La escala más común en productos del petróleo, utilizada para aceites industriales y de proceso.

Colorímetro Unión (NPA). Ha sido reemplazado por el ASTM D 1500; se encuentra en publicaciones muy antiguas. Estándar o Norma Garner. Solventes, barnices, petroquímicos, muy utilizados en la industria de la pintura. Comparador de color Hellige. Utilizado también en la industria de la pintura, solventes y lacas. Tintómetro Lovivond. Petrolatos USP, sulfonatos y productos químicos. Dicromato de potasio. Hidrocarburos puros y aromáticos.

8.8 CORROSION DEL ACERO (ASTM D 665) Se utiliza una barra de acero altamente bruñida. La muestra de aceite se mezcla con una cantidad indicada de agua y la barra de acero es sumergida en esta mezcla a temperatura controlada y por un tiempo determinado. Al final del ensayo la barra se lava y se seca y el resultado se reporta por observación de ésta.


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Figura 8.8 Aparato para corrosión en acero

Significado. Esta prueba es importante para aceites que están en contacto con agua, tales como aceites de turbina. Sin embargo actualmente se utiliza para otros tipos de aceite siempre y cuando exista la posibilidad de contaminación con agua. Teniendo en cuenta que los aceites tienen inhibidores de corrosión, es más importante el análisis del aceite usado, respecto a esta prueba.

8.9 CORROSION EN LAMINA DE COBRE (ASTM D 130) Una lámina de cobre pulida se sumerge en una cantidad dada de muestra y se calienta a una temperatura y por un tiempo característico del material que es probado. Al final de este período, la lámina de cobre se retira, se lava y se compara con el patrón ASTM para cobre. Significado. Su conocimiento es útil en la lubricación de bujes de bronce, cojinetes que contienen bronce y ruedas de bronce para unidades de reducción de engranajes helicoidales. Para cojinetes antifricción con separadores de bronce, para aceites hidráulicos, aceites aislantes, aceites de maquinado para no ferrosos, etc., el conocimiento de esta prueba es importante.

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Se utiliza en refinería para controlar los productos terminados. También se utiliza en análisis de solventes y combustibles para asegurar que estos productos no atacan las partes de cobre con las que están en contacto. Las tres variables que componen la prueba (tiempo, temperatura e interpretación de la apariencia de la lámina) se toman de tal manera que las condiciones reflejen la aplicación a que va estar sometido el producto.

Figura 8.9 cobre

Equipo para corrosión en lámina de

8.10 NUMERO DE NEUTRALIZACION POR INDICADOR DE COLOR 8.11 (ASTM D 974) Para determinar el número total de ácido o base, la muestra se disuelve en una mezcla de tolueno e iso-propanol que contiene una pequeña cantidad de agua y la solución resultante se titula a temperatura ambiente con una base o ácido alcohólico hasta un punto final indicado por el cambio de color que produce el indicador utilizado.

Significado. A pesar de que la acidez está relacionada con la corrosividad, no siempre un número de ácido alto indica que el aceite será corrosivo. No se conoce ninguna relación general entre la corrosión de cojinetes y el número de ácido o de base.


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El número de neutralización se aplica con efectividad en el control de aceites para turbina, aislantes, hidráulicos en servicio. Con el valor dado al aceite nuevo y por comparación pueden detectarse las condiciones mecánicas, cambio en las condiciones de trabajo y desgaste del aceite. El aumento en el número de ácido o la disminución en el número de base indican oxidación del aceite. No puede generalizarse el límite para el cual un aceite en servicio no puede seguir en funcionamiento de acuerdo a su número de neutralización . Cada combinación de aceite, máquina y tipo de servicio sigue una regla propia. Solamente a través de la experiencia con un conjunto de condiciones específicas, puede determinarse a qué número de neutralización un aceite en servicio puede ser retirado.

8.11 ESTABILIDAD A LA OXIDACION (ASTM D 943) Se mantiene en contacto el aceite con aire u oxígeno bajo condiciones controladas según el tipo de producto que se esté probando. Se toman los siguientes datos: cantidad de lodo y ácido formado; aumento de viscosidad del aceite o el tiempo para producir una cantidad de lodo o ácido. Significado. Indica el tiempo de servicio de un aceite. Aceites trabajando a altas temperaturas en sistemas de circulación cerrados y por largo tiempo deben ser muy resistentes a la oxidación. Cuando están en presencia de agua y metales catalizadores, la condición es más exigente. No existe una relación muy precisa en cuanto a esta prueba y el comportamiento del aceite en una máquina, sin embargo sus resultados siguen siendo de gran importancia. La evaluación de la estabilidad a la oxidación de un aceite, se debe considerar relacionada con el Figura 8.10 Equipo para estabilidad s la oxidacion

tipo de servicio en el cual va a ser utilizado el aceite.

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8.12 CENIZAS SULFATADAS EN ACEITES Y ADITIVOS (ASTM D 874) La muestra se quema hasta que sólo queden cenizas y carbón. Luego es enfriada, la ceniza carbonizada se trata con ácido sulfúrico y se calienta a 550 o C hasta que la oxidación del carbono es prácticamente completa. La ceniza se enfría entonces y se trata nuevamente con ácido sulfúrico, se calienta hasta 775 oC y se pesa.

Figura 8.11 Horno para cenizas

Significado. Indica el contenido aproximado de aditivos detergentes, especialmente aquellos derivados del bario y calcio. Existen razones por las cuales el contenido de ceniza sulfatada puede ser mal interpretado: la detergencia de un lubricante depende también del aceite base y de algunos aditivos diferentes que no dejan ceniza; el contenido de ceniza puede ser debido a otros aditivos no detergentes; existen límites efectivos del aditivo por encima

de los cuales el efecto detergente disminuye. Si el contenido de ceniza sulfatada es mayor en un aceite usado, puede existir contaminación con residuos metálicos del motor, polvo del aire mal filtrado o plomo en el combustible si es un motor a gasolina.


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8.13 DEMULSIBILIDAD (ASTM D 1401 y D 2711) Una muestra de 40 cc de agua destilada y 40 cc de aceite se agitan por cinco minutos a 130 oF en un cilindro graduado. El tiempo requerido para la separación de la emulsión en aceite y agua, es anotado. Si al término de una hora, tres o más mililitros de la emulsión aún permanecen, la prueba es suspendida y las cantidades de aceite, agua y emulsión son reportadas. Las tres cantidades se presentan en éste orden y separadas por un guión. El tiempo en minutos también es reportado entre paréntesis (ASTM D 1401).

Figura 8.12 Equipo para prueba de demulsibilidad

En un tubo de embudo, son agitados 405 ml del aceite y 45 ml de agua durante cinco o minutos a una temperatura de 180 F. Después de un período de cinco horas de reposo, son sacados 50 ml de la parte superior de la capa de aceite, siendo centrifugados para determinar el "porcentaje de agua en el aceite". Los mililitros de "agua libre" se miden y se anotan. Luego la mezcla es drenada, hasta que permanezcan 100 ml en la parte inferior del tubo de embudo. Este volumen es luego centrifugado y el agua y la

emulsión son separados, anotando el valor. El agua extraída de esta capa es añadida a la cantidad de agua anterior y el volumen total es medido y anotado. Cuando este ensayo se utiliza para probar aceites de engranajes con E.P., la cantidad de aceite es reducida a 360 ml, mientras que el volumen de agua se aumenta hasta 90 ml.

Significado. Esta propiedad es deseable en aceites donde el agua debe separarse fácilmente del aceite, tales como los aceites de turbina, aceites para

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ cilindros de vapor, fluidos hidráulicos, aceites para motor, aceites para engranajes.

8.14 CARACTERISTICAS ESPUMANTES (ASTM D 892) La muestra, mantenida a una temperatura de 75 oF es soplada con aire a una rata constante por cinco minutos, luego es dejada en reposo por 10 minutos. El volumen de espuma es medido al final de ambos períodos. La prueba se repite sobre una segunda muestra a 200 oF. Se elimina cualquier residuo de espuma que permanezca después de la prueba anterior, mediante agitación. Se saca la muestra del baño, dejándola enfriar hasta 110 oF. Luego se coloca el cilindro dentro del baño a 70 oF. Se introduce el difusor de aire y se repite el procedimiento anterior.

Significado. La espuma consiste en burbujas de aire que ascienden rápidamente hacia la superficie del aceite, pero debe ser diferenciada del atrapamiento de aire que es el ascenso lento de burbujas dispersas a través de todo el aceite. El incremento en las ratas de flujo en sistemas hidráulicos, aceites para turbina y sistemas industriales que utilizan aceite, hacen necesario utilizar aditivos antiespumantes, los cuales disminuyen la formación de espuma pero muchos de estos tienden a incrementar las Figura 8.13 Equipo para prueba de espuma


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características de atrapamiento de aire. El aditivo debe mantener un perfecto balance entre estos dos fenómenos.

8.15 TENSION INTERFACIAL ( ASTM D 971) Se determina midiendo la fuerza necesaria para despegar un anillo plano de alambre de platino desde la superficie del líquido de más alta tensión superficial, esto es, hacia arriba desde la interface agua-aceite. Para calcular la tensión interfacial, la fuerza medida se corrige determinando un factor empírico, el cual depende de la fuerza aplicada, la densidad tanto del aceite como del agua, y las dimensiones del anillo.

Figura 8.14 Tensiómetro

Significado. Esta prueba es uno de los métodos más efectivos para detectar una oxidación incipiente de un aceite almacenado durante mucho tiempo. Se aplica con frecuencia a los aceites de transformadores eléctricos, donde la oxidación es especialmente perjudicial. Los ácidos formados pueden atacar el aislamiento y los lodos de oxidación interferir con la circulación y enfriamiento del embobinado. Estos aceites deben ser evaluados periódicamente por esta prueba para determinar la posibilidad de su reemplazo.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

8.16 AGUA EN PRODUCTOS DEL PETROLEO (ASTM D 95) El material es calentado bajo reflujo con un solvente inmiscible en agua, el cual destila conjuntamente con el agua de la muestra. El solvente y el agua son condensados y separados en una trampa, el agua ocupa la parte graduada y el solvente retorna al balón. Significado. El contenido de agua en general es perjudicial en un producto del petróleo, pero esto depende en gran parte del tipo de producto y su finalidad. Algunas aplicaciones pueden tolerar concentraciones diferentes de agua, otras en cambio no admiten ninguna cantidad, incluso no determinable por esta prueba. En aceites de transformador y aceites de refrigeración industrial se prefieren otras pruebas que tengan relación directa con el contenido de agua, como la rigidez dieléctrica. Un producto del petróleo sale normalmente limpio de refinería, pero durante el manejo y almacenamiento puede contaminarse, inclusive con agua de condensación. Figura 8.15 Montaje para determinación de agua

8.17

DILUCION DE LOS ACEITES PARA CARTER (ASTM D 322)

La muestra mezclada con agua, es colocada en un balón de vidrio provisto de un condensador de reflujo que descarga en una trampa graduada conectada al balón. Se calienta y el contenido del balón se lleva hasta ebullición. El combustible en la muestra se vaporiza junto con el agua y se licúa en el condensador. El disolvente se recoge en la parte superior de la trampa y el exceso de agua se recircula hacia el balón donde nuevamente se vaporiza, llevando una cantidad adicional de disolvente. La ebullición se continúa hasta que el disolvente es recuperado en la trampa y su volumen se lee y se refiere a la muestra original.


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Significado. Esta prueba está diseñada para determinar en forma exacta la dilución de los aceites de cárter en motores a gasolina. Una alta dilución perjudica la lubricación, aumenta el consumo de aceite, reduce la estabilidad a la oxidación y eleva el nivel de aceite en el cárter. La alta dilución puede ser un síntoma de utilización del combustible no adecuado. Lo anterior sin embargo puede ser debido a fallas mecánicas u operación incorrecta. Los siguientes problemas causan dilución: mezcla rica en combustible, temperatura del motor demasiada baja, ventilación inadecuada del cárter, y pistones, anillos y cilindros desgastados. Para motores Diesel no existe una prueba como ésta, por lo cual se utilizan la viscosidad y el punto de llama para detectarla. Ver apéndice 17. Figura 8.16 Trampa para la prueba de dilución por combustible

8.18 INSOLUBLES EN PENTANO Y BENCENO (ASTM D 893) Una muestra de aceite lubricante usado se mezcla con pentano y se centrifuga. El aceite en solución es decantado y el precipitado lavado con pentano, secado y pesado para dar los insolubles en pentano. Para insolubles en benceno una muestra separada de aceite se mezcla con pentano y luego se centrifuga. El precipitado se lava por duplicado con pentano, nuevamente con una solución de benceno-alcohol y luego otra vez con benceno. El material insoluble es entonces secado y pesado para dar los insolubles en benceno.

Significado. La interpretación de los datos anteriores es la siguiente: Insolubles en pentano. Representa las resinas de oxidación más materia extraña. Insolubles en benceno. Representa la materia extraña.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Resinas Insolubles. Representa los productos de oxidación y corresponde a los insolubles en pentano menos los insolubles en benceno.

Esta prueba sirve para determinar la capacidad de un aceite motor para seguir en servicio o en la determinación de la causa de la falla de un motor. En general un bajo contenido de insolubles en pentano indica que el aceite está en buenas condiciones. Los productos de oxidación y otras formas de contaminación, son muy pequeñas. Un valor relativamente alto de insolubles, muestra la presencia de contaminación por una fuente externa tal como polvo o partículas de metal. Si el contenido de insolubles en benceno es mayor del esperado existe una falla de operación, lo cual puede ser complementado con un análisis del contenido de metales por espectrometría de masa para localizar la causa. Los altos contenidos de insolubles en pentano indican oxidación excesiva por alta temperatura o utilización del aceite inadecuado.

8.19 ANALISIS QUIMICO DE METALES EN ACEITES NUEVOS Y USADOS (ASTM D 811) El procedimiento de análisis sigue el esquema bien conocido de separación de metales por grupos. Los metales que pueden determinarse por la norma son: estaño, silicio, bario, cinc, aluminio, calcio, magnesio, sodio y potasio.

8.20 RESISTENCIA DIELECTRICA (ASTM D 877 y 1816) Los aceites derivados del petróleo no son conductores de la corriente eléctrica a diferencias de potencial normales. El material dieléctrico carece de las partículas cargadas libres que el conductor tiene. Si un voltaje lo suficientemente alto es aplicado, los iones son producidos en suficiente concentración para permitir una descarga de corriente a través del material dieléctrico, formando un arco. Los electrodos especificados por el método D 877 son de una pulgada con discos opuestos espaciados 0.1 pulgada; los especificados por el método D 1816 son de secciones esféricas con un diámetro de 36 mm. Los electrodos


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están colocados a 0.040 o 0.081 pulgadas dependiendo de si el voltaje disponible es de 35 o 60 kilovoltios.

Figura 8.17 Equipo para rigidez dieléctrica

8.21

Significado. La principal causa en el descenso de la resistencia dieléctrica de un aceite es el agua presente en éste, siguen en importancia productos de la oxidación y otras impurezas sólidas. Si el agua fuera el único contaminante, el aceite podría ser recuperado por secado. Sin embargo, si la caída de la resistencia dieléctrica es atribuida a la oxidación, el aceite puede estar completamente deteriorado, más allá del límite de seguridad. La resistencia dieléctrica no sirve por sí sola, para un aceite en servicio continuo.

PRUEBA DE DESGASTE CON CUATRO ESFERAS (ASTM D 2266) PRUEBA DE PRESION EP CON CUATRO ESFERAS (ASTM D 2596)

Esta prueba de desgaste es utilizada para determinar las relativas propiedades antidesgaste de los lubricantes en superficies metálicas deslizantes, operando a condiciones extremas de lubricación. La prueba es llevada a cabo a una velocidad específica, temperatura y carga. Al final de un período determinado, el promedio de la reducción del diámetro de las esferas se mide y se reporta. La prueba de extrema presión (EP) está diseñada para evaluar el rendimiento bajo altas cargas que son aplicadas en la prueba de desgaste, lo mismo que la de extrema presión. Esta prueba de extrema presión se diferencia muy poco de la de desgaste, solamente en el aparato utilizado. En esta prueba, la esfera de acero es rotada a una velocidad constante contra las otras tres esferas. La

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ temperatura no se controla. La carga se aumenta a intervalos específicos hasta que la esfera que rota se solde a las otras esferas. Al final de cada intervalo, los diámetros de desgaste se miden y se anotan. Dos valores de esta prueba de EP son generalmente reportados con índices de desgaste de carga (antiguamente Carga Media Herz) y punto de soldadura. El índice de desgaste de carga (LWI) es la medida de la propiedad de un lubricante para prevenir el desgaste bajo cargas aplicadas. El punto de soldadura es la carga aplicada menor, en kilogramos, a la cual la esfera de rodamiento se solda o agarra a las esferas estacionarias, o bien aquella carga a la cual es desgaste es máximo en las tres esferas estacionarias. Este valor indica el punto en el cual el límite de extrema presión del lubricante es excedido.

Figura 8.19 Detalle de las cuatro esferas

Figura 8.18 Equipo de prueba cuatro esferas

Significado. Esta prueba sirve en general para controlar la calidad de los lubricantes extrema presión, pero no puede utilizarse para predecir el rendimiento en la práctica. Para lo anterior se deben tener en cuenta otras propiedades.

8.22

PRUEBA TIMKEN DE EXTREMA PRESION

Aceites Lubricantes: (ASTM D 2782) Grasas Lubricantes: (ASTM D 2509)


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El equipo para la prueba Timken de EP es una máquina especial con un mandril rotatorio y un brazo de elevación sobre el cual pueden ser colocadas cargas, para variar la presión que el mandril ejerce sobre el miembro estacionario. En la prueba se le adapta al mandril un anillo de acero fuerte (puede ser el anillo exterior o la copa de rodamiento de rodillos). Se utiliza también un bloque chato de acero, sobre el cual es rotado el anillo durante la prueba, lo mismo que una buena cantidad de lubricante que va a ser analizado. Para comenzar la prueba, tanto el anillo como el bloque son colocados en posición, alimentando el lubricante en el punto de contacto del anillo y el bloque. Una carga específica es aplicada en el brazo de elevación, poniendo a funcionar la máquina, usualmente a 800 rpm y durante 10 minutos o hasta que la falla ocurra. Al final de este período de tiempo, el bloque es analizado. La carga para la cual los bordes de las ranuras producidas no muestran irregularidades debidas al arrastre de metal se reporta como la carga Timken OK en libras. Significado. Solamente se pueden obtener conclusiones de tipo general, con la prueba Timken o con cualquiera otra de extrema presión. Los resultados encontrados deben ser relacionados con informacióm adicional del lubricante, tal como propiedades antidesgaste, tipo de aditivo, características de corrosión, etc. Usados de esta manera, los resultados de esta prueba pueden darle a un mecánico o ingeniero experimentado, valiosa información sobre el rendimiento de un lubricante, con respecto a otros. Además, la prueba Timken de EP es utilizada en el control de la calidad de lubricantes cuyas características de rendimiento han sido establecidas anteriormente.

8.23

PENETRACION EN GRASAS LUBRICANTES (ASTM D 217)

El penetrómetro de cono ASTM está formado por un cono de metal de peso y dimensiones específicas, un ensamble de ajuste y un indicador de penetración. El trabajador estándar de grasa es un equipo con un recipiente que tiene un émbolo, el cual se mueve hacia arriba y hacia abajo, para "trabajar" la mezcla en el recipiente. Un ciclo de movimiento del émbolo hacia arriba y hacia abajo es conocido como "doble carrera del émbolo". En el trabajador de grasa se coloca un termómetro para medir la temperatura de la muestra. La muestra se coloca en la plataforma del penetrómetro. El cono es colocado en la posición de cero, con la punta apenas tocando la superficie de la muestra. El cono es soltado de su posición, permitiéndole entrar en la muestra, por espacio de cinco segundos. La penetración es leída en el indicador en décimas de milímetro. Este procedimiento se lleva a cabo tres veces y el promedio se anota como la penetración.

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Figura 8.20 Penetrómetro para grasas

Significado. Esta prueba se utiliza fundamentalmente para clasificar las grasas según el National Lubricating Grease Institute (NLGI) utilizando la penetración trabajada.

8.24

PUNTO DE GOTEO DE LA GRASA (ASTM D 566 y ASTM D 2265)

Norma ASTM D 566: La copa es llenada con la grasa que va a ser probada y luego es colocada en el tubo de ensayo con el tapón y el termómetro. Luego el tubo de ensayo es sumergido en el baño de aceite. La temperatura del baño se aumenta hasta que el goteo del material (grasa) salga por el orificio de la parte inferior de la copa. Las lecturas de los termómetros de la copa y el baño, son


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anotadas en ese momento. El promedio de las dos temperaturas se reporta como el punto de goteo de la grasa.

Norma ASTM D 2265: Esta prueba es igual a la anterior, pero se diferencia en que utiliza un bloque o lámina de aluminio, como fuente de calor. Esto permite medir puntos de goteo arriba de los 625 oF, lo cual no puede lograrse con el baño de aceite. Significado. La prueba anterior da una idea de la máxima temperatura de utilización de una grasa. Generalmente el punto de goteo es superior a esta temperatura.

Figura 8.21 Montaje para la determinación de punto de goteo

8.25 PUNTO DE ANILINA (ASTM D 611) Se colocan volúmenes de anilina y muestra o anilina y muestra más disolvente en un tubo de ensayo y se mezclan mecánicamente. La mezcla se calienta a velocidad controlada hasta que las dos fases comienzan a ser miscibles. La mezcla se enfría entonces a velocidad constante y la temperatura a la cual las dos fases se separan se toma como el punto de anilina.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Significado. El punto de anilina es un indicador del poder de dilución de los solventes. A más bajo punto de anilina, más alto poder de dilución. Se utiliza también para determinar las características de ignición de los combustibles Diesel a través del índice Diesel. En cuanto a lubricantes y aceites hidráulicos tiene relación con el ablandamiento o endurecimiento de las partes de caucho en contacto con el aceite. Cuando el punto de anilina es bajo, hay tendencia al endurecimiento del caucho. También se utiliza esta prueba en la determinación de la compatibilidad relativa del plastificante del caucho con la formulación del mismo. Figura 8.22 Montaje para determinar el punto de anilina

8.26

DESTILACION DE PRODUCTOS DEL PETROLEO (ASTM D 86)

Una cantidad específica del producto (100 cm3) se coloca dentro del balón de destilación el cual es cerrado poniendo el termómetro en la parte superior. Se conecta luego el condensador al balón, la probeta graduada se coloca en posición para recibir el líquido que sale del condensador. Luego se aplica calor al balón de destilación a una velocidad tal que permita que la primera gota de destilado salga del condensador. La lectura del termómetro en este punto se anota como punto inicial de ebullición. La fuente de calor se regula de tal manera que la destilación se lleva a cabo a una velocidad específica. La cantidad de destilado recogido en la probeta puede ser medida a intervalos específicos de temperatura, o medir la temperatura a niveles específicos de destilado.


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Significado. Tanto para los combustibles como para los solventes, las características de destilación son importantes. Para gasolina automotor el rango de destilación es importante. Las características de destilación de la porción más volátil, más del 30% evaporado, en conjunto con la presión de vapor de la gasolina, controlan la habilidad de un buen rendimiento de arranque en frío. Sin embargo estas características controlan la tendencia al taponamiento por vapor. Un mejoramiento en la característica de arranque en frío, puede desmejorar la protección contra el taponamiento. Las temperaturas a las cuales el Figura 8.23 Equipo para destilación ASTM

50% y el 90% del combustible se ha evaporado, son indicación de las caraterísticas de desempeño de la gasolina al calentar el motor. Entre más bajos estos valores, mejor el desempeño en caliente. La temperatura baja al 50% es un índice de buena aceleración. El valor bajo al 90% es deseable para una combustión completa, distribución uniforme del combustible en los cilindros y menos formación de depósitos en la cámara de combustión.

Las gasolinas de aviación tienen en el 90% valores de temperatura de ebullición más bajos que las gasolinas para automotor. Un límite mínimo de la suma de los puntos en 10% y 50% se controla para evitar el congelamiento del vapor. Los combustibles Diesel tienen mucho menos volatilidad que las gasolinas aunque los efectos de los varios puntos de destilación son similares. Por ejemplo, entre más bajo el punto de ebullición para un número de cetano dado, mejor es la habilidad de encendido, pero mayores las posibilidades de taponamiento por vapor o de marcha lenta. Igualmente entre más alto el punto de

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ ebullición, mayores las posibilidades para que existan problemas de humos y depósitos. El punto medio de ebullición (punto 50%) está relacionado con la economía de combustible, debido a que un punto de 50% más alto, ocasiona mayores BTU y un mejor número de cetano del combustible Diesel. Cuando el combustible va a emplearse en quemadores la facilidad de inflamación depende de la volatilidad de la primera porción. Los humos dependen del punto final de ebullición; existirán muchos humos si el punto final de ebullición es muy alto. Muchas de las características de rendimiento de los solventes, están relacionadas con los rangos de destilación. El punto de ebullición inicial es una medida indirecta del punto de chispa, y por consiguiente, de la posibilidad de fuego. El rango entre el punto inicial de ebullición y el punto del 50% es un índice del comportamiento inicial, cuando es usado como solvente en caucho o pintura. El punto de 50% muestra, a groso modo, una relación con la rapidez de evaporación; un valor de temperatura bajo en el punto de 50% para ciertos hidrocarburos, aumenta la velocidad de evaporación. Si el punto de 95% y el punto seco están muy cercanos, existe una muy pequeña o nula diferencia sobre la fracción de secado lento. También, un pequeño rango de destilación de un solvente, en el espacio entre el punto inicial de ebullición y el 5% o entre el 95% y el punto seco final, da una indicación del rendimiento del solvente. Entre menos sea esa diferencia, más puro es el solvente.

8.27 PRESION DE VAPOR REID (ASTM D 323) El término presión de vapor significa para un ingeniero "presión de vapor de un líquido". Un producto del petróleo, al contrario del agua, comprende fracciones muy diferentes, cada una con una presión de vapor y una composición propias. Por lo tanto la presión de vapor de un producto del petróleo es un valor combinado que refleja las diferentes presiones de vapor de las varias fracciones, de acuerdo a su participación molecular. De esta forma es posible que dos compuestos totalmente diferentes, tengan la misma presión de vapor a una misma temperatura, obtenidas por acumulación de las presiones de vapor de las fracciones de cada compuesto. Un destilado de rango estrecho puede tener la misma presión de vapor que la de una mezcla, donde el efecto de las fracciones más pesadas es compensado por el de las fracciones livianas.


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El aparato de prueba para la presión de vapor Reid, consiste esencialmente de una bomba de doble cámara. La cámara superior está equipada con un manómetro y contiene aire atmosférico. Cuando esta cámara es lavada al principio de la prueba, se deja un residuo de agua dentro de ésta para asegurar una humedad relativa del 100%. La cámara inferior, la cual tiene la cuarta parte de capacidad de la superior, es llenada con la muestra de líquido. Con la muestra en su respectiva cámara refrigerada para evitar una evaporación prematura y teniendo cuidado que no se produzcan presiones anormales, la bomba es herméticamente sellada. La bomba es sumergida en un baño a 100 oF. Para asegurar que todo el líquido se evapore, la bomba es removida del baño periódicamente y agitada vigorosamente durante un corto período. El efecto combinado de las diferentes Figura 8.24 Equipo para determinar la presión de vapor Reid

fracciones de hidrocarburos incrementa la presión en la bomba, indicada en el manómetro. Una vez que el manómetro muestra una presión de cero (presión atmosférica del aire dentro de la bomba compensada por la presión en la parte exterior de la misma bomba), la lectura del manómetro registrará, aproximadamente, sólo el efecto producido por la muestra en psia. Cuando se ha alcanzado la temperatura de equilibrio de 100 oF y la presión en la bomba se mantiene en su máximo valor, se anota esta presión. Algunos factores de corrección deben ser aplicados a este valor para compensar la presión de calibración del manómetro y para cualquier diferencial entre la temperatura inicial del aire en la bomba y la de 100 oF.

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Figura 8.25 Cilindros

8.28

Significado. Esta prueba es de gran importancia para la gasolina, la cual contiene fracciones altamente volátiles, tales como butano, pentano, etc., que disminuyen el valor de la presión de vapor y facilitan el arranque en frío. En climas calientes, un valor demasiado alto de la presión de vapor puede causar taponamiento por vapor, evitando de esta forma el paso de la gasolina al carburador. Se crea un vacío parcial en la succión de la bomba de combustible, que en asocio de una alta temperatura favorece la evaporación del combustible. El conocimiento de la presión de vapor es también importante en el almacenamiento de dichos productos. Los recipientes cerrados que contengan productos altamente volátiles, deben ser construidos con materiales resistentes a las altas presiones internas.

GOMA EN LA GASOLINA (ASTM D 381)

Las gomas que se presentan en la gasolina son pequeñas cantidades de productos de oxidación disueltos, que no han sido evaporados o que no se queman completamente. Aunque las concentraciones de gomas encontradas durante la elaboración del combustible no son grandes, ellas pueden aumentar a proporciones peligrosas durante el proceso de almacenamiento. De acuerdo con el método, un vaso que contiene 50 ml de la muestra de gasolina es colocado en un baño a 320 - 329 oF, dirigiendo una corriente de aire precalentado dentro del vaso a una velocidad de un litro por segundo. Después de 30 segundos, tiempo suficiente para la evaporación de la parte volátil de la muestra, el vaso es retirado y dejado enfriar, determinando luego el peso del residuo. Para gasolinas de aviación, este residuo es considerado como el contenido de gomas en la muestra. Sin embargo, con los combustibles de motores, el residuo también puede contener aceites de baja volatilidad, agregados a la gasolina para mantener el sistema de inducción limpio. Aditivos de este tipo pueden ser extraídos con n-heptano, el cual disuelve el aceite y no la goma. Una cantidad de 25 ml de n-heptano es agregado al residuo, agitado, permitiéndole luego reposar y por último decantar. Esta etapa es repetida y el residuo final se considera que son las gomas.


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Significado. Las gomas existentes pueden acumularse en el tanque de gasolina, la línea de combustible, bomba, sistemas de inducción, válvulas de admisión, y mediante un efecto acumulativo causar problemas serios y reparaciones prematuras. La prueba de estabilidad a la oxidación en gasolinas indica la tendencia a la formación de gomas, mientras que ésta prueba determina la cantidad de gomas presentes. Las dos pruebas se combinan para controlar la calidad de la gasolina, y resistir almacenamientos normales.

8.29 RESIDUO DE CARBON CONRADSON (ASTM D 189)

Una cantidad pesada de muestra se coloca en un crisol y se somete a destilación destructiva. El residuo se somete a reacciones de rompimiento y carbonización durante un período fijo de severo calentamiento. Al final del período de calentamiento especificado, el crisol de prueba que contiene los residuos carbonáceos es enfriado en un desecador y pesado. El porcentaje de residuo respecto a la muestra inicial es el residuo "conradson". Figura 8.26 Equipo para determinar el residuo de carbón Conradson

Significado. Esta prueba da una idea de los residuos carbonáceos que pueden depositarse en los motores de combustión interna debido al aceite. Sin embargo los modernos lubricantes utilizados hacen que esta prueba no suministre datos confiables al respecto. En combustibles para calderas, tales como Fuel Oil y crudos se acostumbra a efectuar esta prueba, la cual da una idea de la cantidad de carbono que puede depositar el combustible al quemarlo. Nota: Una prueba equivalente es el residuo de carbón Ramsbottom según norma ASTM D 524. En el apéndice 18 se muestra la relación existente entre los resultados de las dos pruebas.

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8.30

CALOR DE COMBUSTION (ASTM D 240) El calor de combustión se determina en este método quemando una muestra en una bomba calorimétrica de oxígeno bajo condiciones controladas. El calor de combustión se encuentra a partir de observaciones de temperatura, antes, durante y después de la combustión. Se hacen las correcciones por transferencia de calor, productos que causan calores de disolución, etc. Generalmente la combustión se efectúa utilizando una camisa de agua que eleva la temperatura conjuntamente para que la prueba sea adiabática. El calor obtenido por este método es el poder calorífico superior o bruto (HHV).

Figura 8.27 Esquema de la bomba calorimétrica

Significado. El intervalo en el valor del calor de combustión de los productos del petróleo es muy estrecho. Los combustibles residuales tienen valores más altos en base volumétrica y sin embargo desde el punto de vista económico están en desventaja por su dificultad para quemarlos completamente y su difícil manejo por alta viscosidad.

8.31 AZUFRE EN PRODUCTOS DEL PETROLEO (ASTM D 129) La muestra se oxida por combustión en una bomba que contiene oxígeno a presión. La misma del ensayo anterior. El azufre, como sulfato en los lavados de la bomba, se determina gravimétricamente como sulfato de bario. Significado. El resultado de esta prueba tiene como fin primordial, hacer cumplir los combustibles con especificaciones. El azufre en gasolinas y combustibles Diesel ligeros es crítico debido a su efecto corrosivo y a la formación de depósitos.


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Algunos motores Diesel de alta velocidad son diseñados para combustibles con contenido de azufre hasta del 1%. Para motores más pesados de baja velocidad se tolera hasta el 3%. El efecto del alto contenido de azufre es controlado con el uso de lubricantes especiales de alto TBN. Los combustibles residuales para calderas y hornos tienen normalmente el más alto contenido de azufre, pero los equipos donde son quemados son relativamente insensibles al contenido de azufre. El problema en estos casos es de contaminación ambiental por productos condensables del azufre. El contenido de azufre en solventes es crítico y debe ser muy bajo. En las turbinas a gas para aviación los mercaptanos tienden a atacar las planchas de Cadmio y es por esto que se requiere un bajo contenido de estos compuestos.

. Figuara 8.28 Laboratorio de combustibles y lubricantes del IEI en la facultad de ingeniería de la Universidad Nacional (Determinación del TBN de un aceite)

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Figuara 8.29 Laboratorio de combustibles y lubricantes del IEI en la facultad de ingeniería de la Universidad Nacional

CAPITULO 9

LUBRICACION DE COJINETES LISOS Un cojinete se puede definir como aquella parte de una máquina o mecanismo que soporta o guía a otra parte en movimiento. Los cojinetes se pueden dividir en dos tipos generales: de fricción y antifricción. Los cojinetes de fricción implican superficies friccionantes que se deslizan la una con respecto a la otra. Los cojinetes antifricción dependen de la separación de las superficies opuestas mediante bolas o rodillos y la sustitución de fricción rodante en lugar de fricción deslizante. En el presente capítulo se discutirá sobre cojinetes de tipo fricción. Los cojinetes también pueden clasificarse como radiales o de guía, dependiendo de si el movimiento de la parte móvil es rotativo o de vaivén. Los cojinetes que soportan una carga en ángulo recto a la dirección de la carga radial se llaman cojinetes de empuje (ver figura 9.1). La fricción no puede ser enteramente eliminada. El objeto de la lubricación es reducir la fricción tanto como sea posible por medio de un lubricante interpuesto entre dos superficies opuestas con movimiento relativo. La fricción se puede reducir con el uso de lubricantes mediante los siguientes métodos:

1) Se interpone una película fluida entre las dos superficies opuestas lo cual evita enteramente el contacto metálico mientras el muñón se encuentra en movimiento. Esto se conoce con el nombre de lubricación por película fluida o por otros nombres tales como viscosa, hidrodinámica o de película completa. 2) La lubricación puede servir principalmente para que el lubricante llene las imperfecciones de las superficies, o para reducir la fricción al hacer que las superficies opuestas sean más suaves o resbalosas. Esto se conoce con el nombre de lubricación límite.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 3) Bajo condiciones de presión unitaria muy alta, los ingredientes contenidos en el lubricante pueden reaccionar químicamente con las superficies metálicas para evitar que estas se peguen. Esta es la llamada lubricación de extrema presión.

Figura 9.1 Tipos de cojinetes lisos

CAPITULO 9 : COJINETES LISOS ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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9.1 LUBRICACION DE PELICULA FLUIDA La lubricación de película fluida implica la completa separación del muñón y el cojinete por medio de una película de aceite. Cuando la lubricación por película fluida está en acción, el muñón y el cojinete se separan como resultado de la acción hidráulica de la película de aceite, convergente, que adopta la forma de cuña. La capacidad de soportar la carga es independiente de la fuerza de película del lubricante. El coeficiente de fricción es directamente proporcional a la viscosidad absoluta del aceite y a la velocidad del cojinete, e inversamente proporcional a la presión unitaria. Con el objeto de obtener lubricación por película fluida es preciso que se cumplan las siguientes condiciones: 9.1.1 El lubricante debe ser capaz de "mojar" el muñón y el cojinete para que pueda adherirse al muñón que gira y ser atraído hacia el área de presión. 9.1.2 El cojinete y el muñón deben estar en un ligero ángulo para permitir la formación de una película convergente. El espacio entre un cojinete radial y su muñón debe mantenerse lleno de aceite. 9.1.3 La viscosidad del aceite debe ser suficientemente alta para permitir la formación de una película de aceite que soporte carga, bajo las condiciones prevalecientes de velocidad y carga del cojinete.

La película lubricante que separa el cojinete y el muñón puede considerarse como una película compuesta de muchas capas con movimiento relativo una con respecto a la otra. Una capa, o película, se adhiere al cojinete estacionario y otra capa se adhiere al muñón en rotación, mientras que entre ambas hay dos o más capas en contacto deslizante o que se están cortando por la acción de continuo cizallamiento. El movimiento relativo, o de fuerzas opuestas paralelas, de estas capas de aceite, da como resultado la creación de fricción fluida la cual se hace mayor conforme aumentan la viscosidad del aceite o la velocidad del muñón. Las velocidades altas del muñón aumentan el grosor de la película de aceite debido a la incrementada acción de bombeo del muñón y, por lo tanto, cuando el muñón tiene altas velocidades se puede usar aceite de menor viscosidad. Las cargas pesadas disminuyen el grosor de la película y requieren aceite de más alta viscosidad que las cargas ligeras.

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A

C

B

D

Figura 9.2 A: En reposo, el aceite ha sido expulsado por el contacto. B: Al iniciarse el movimiento, el eje trata de subir por el cojinete hacia Y; el aceite empieza a fluir hacia el espacio Z. C: Aumenta la velocidad; el eje empieza a resbalar sobre el aceite en Z y también empieza a arrastrar aceite a X; el eje flota en el aceite. D: Al aumentar la velocidad a un punto determinado, el eje se desplaza al lado opuesto (mínimo espesor de la película); la presión de la película aumenta y resiste la carga.


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9.2 LUBRICACION LIMITE Cuando las condiciones de diseño del cojinete, su velocidad, carga y método de aplicación del lubricante no son favorables para la formación de una película fluida completa, el estado de lubricación se conoce con el nombre de lubricación límite. En este caso puede haber contacto real entre el muñón y el cojinete y así no son aplicables las leyes de la lubricación por película fluida. El lubricante sirve principalmente para hacer a las superficies opuestas más resbaladizas y para las cargas pesadas la "untuosidad" o resistencia de película es un factor importante. La fricción varía según la viscosidad y untuosidad del lubricante, así como la composición de los metales de que estén hechos el muñón y el cojinete.

9.3 LUBRICACION DE EXTREMA PRESION Existen condiciones de presión extrema que son mucho más comunes para ciertos tipos de engranes que para cojinetes, en donde las presiones unitarias son tan severas que reducir la fricción es secundario y lo más importante es evitar que las superficies opuestas se rayen o se peguen. Los lubricantes para este servicio se conocen como lubricantes EP o extrema presión. Contienen ingredientes que reaccionan químicamente con las superficies metálicas opuestas bajo presión extrema y alta temperatura, formando una capa protectora que evita excoriaciones y atascamientos. Es importante recordar que los lubricantes de extrema presión son efectivos como tales únicamente cuando la lubricación convencional falla. No hay ninguna ventaja en usarlos cuando no se necesitan. Los lubricantes de presión extrema no se deben confundir con aceites grasos que dependen de la untuosidad para reducir la fricción.

9.4 RANURADO Y DISEÑO DE COJINETES El logro de una lubricación eficiente depende del diseño del cojinete así como del uso de un lubricante correcto y de un método apropiado de lubricación. En la mayoría de los cojinetes es necesario que haya ranuras para distribuir el lubricante de manera que pueda ir de forma uniforme a todas las partes del área de presión. La capacidad de la película de aceite para levantar y soportar una carga pesada depende del hecho de estar bajo presión hidráulica, como resultado de la acción de bombeo del muñón en rotación. Por lo tanto las ranuras en el área de presión permiten al aceite escapar de donde se necesita y destruyen la película produciendo el contacto metálico. Los principios de

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ diseño y ranurado correcto de los cojinetes para equipo industrial pueden resumirse brevemente como sigue:

Figura 9.3 Ranurado de cojinetes

9.4.1 Las ranuras se deben usar únicamente donde sea necesario para la distribución longitudinal del lubricante a lo largo del muñón. 9.4.2 Las ranuras no deben hacerse en el área de presión. 9.4.3 Los bordes filosos de los segmentos y ranuras de cojinetes deben ser achaflanados o redondeados para evitar que las ranuras arranquen el lubricante del muñón. 9.4.4 Las ranuras y chaflanes deben ir nada más hasta media pulgada del extremo del cojinete para reducir al mínimo la fuga del lubricante por los extremos.


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9.4.5 El punto de aplicación del lubricante debe localizarse en una porción del cojinete que no esté bajo presión. 9.4.6 Los cojinetes de baja velocidad, con carga muy alta, deben tener el punto de aplicación del lubricante más próximo al área de presión que lo requerido para cojinetes de alta velocidad y con cargas más ligeras. En donde esto no es posible puede requerirse una ranura auxiliar ligeramente antes del área de presión para asegurar la distribución correcta del lubricante donde se necesita.

Figura 9.4 Achaflanado

9.5 PROPIEDADES DE LOS COJINETES Las siguientes son las condiciones más importantes que deben tener los cojinetes lisos: 9.5.1 Capacidad de soporte de carga. Es un factor que sólo puede determinarse experimentalmente por cuanto es afectado por varias constantes, tales como: material utilizado, velocidad, y una muy importante, el sistema de lubricación.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 9.5.2 Resistencia a la fatiga. 9.5.3 Resistencia al gripado. Es una medida de la resistencia del material a soldarse con el eje y cuya característica se asimila generalmente a la propiedad de "cicatrización", o sea, la de eliminar por frotamiento las rayaduras formadas por cuerpos extraños que se pueden encontrar en el aceite. 9.5.4 Incrustabilidad. Es decir, la capacidad para recibir e incrustar en su superficie cuerpos extraños eliminándolos así de la superficie activa de los cojinetes. 9.5.5 Resistencia a la corrosión. 9.5.6 Conductividad. Propiedad de eliminar el calor de las superficies en contacto.

9.6 METALES DE COJINETES Excepto los motores de combustión interna, prácticamente todo el equipo industrial que tiene cojinetes de fricción utiliza aleaciones a base de estaño, comúnmente llamadas "aleaciones de metal blanco" o "babbitt", siendo el bronce usado en menor grado. El babbitt original, ahora llamado "babbitt genuino", contenía 50 partes de estaño, 5 partes de antimonio y 1 parte de cobre. El babbitt moderno difiere algo del babbitt genuino en las proporciones de estaño, antimonio y cobre y contiene además diversas proporciones de plomo, dependiendo del servicio para el cual está destinado el metal. Los metales suaves como el plomo y el estaño aunque buenos en características de antifricción, conformación y montaje, son bajos en cuanto a fuerza mecánica. Haciendo una aleación de uno o más de estos metales suaves con metales duros, la aleación resultante combina la fuerza de los metales duros con las propiedades deseables de los metales suaves. La mayoría de los babbitts de estaño y plomo tienden a perder rápidamente su fuerza a temperaturas elevadas, y por esta razón las aleaciones de cobre y plomo, cadmio y plata, cadmio y níquel, plomo endurecido con álcali, etc., son las que se usan en algunos motores de combustión interna cuando las temperaturas y presiones son tales que los metales a base de estaño no son


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satisfactorios. Estos cojinetes de aleaciones no se usan mucho en la maquinaria industrial en general. El bronce es una aleación de cobre, plomo y estaño, que ocasionalmente se usa en equipo industrial donde las presiones en cojinetes son altas, pero las velocidades y las temperaturas de operación moderadas.

9.7 SELECCION DEL LUBRICANTE Los siguientes factores deben tenerse en cuenta en la selección de un lubricante: tamaño del cojinete, velocidad, presión unitaria y temperatura. El tamaño del cojinete afecta la distribución del lubricante y en los cojinetes grandes el lubricante debe ser de una fluidez adecuada para repartirse sobre una superficie mayor y no correrse en hileras en determinado punto. De igual forma, la tolerancia del cojinete aumenta con el tamaño. Por regla general, los cojinetes más grandes requieren un lubricante más viscoso que los cojinetes chicos. La velocidad del cojinete tiene influencia en la formación y mantenimiento de la película lubricante debido a la acción de bombeo del muñón en rotación. Las altas velocidades son favorables a la formación de películas relativamente gruesas y por tanto permiten el uso de lubricantes de menor viscosidad. El uso de un lubricante más viscoso que el requerido traerá como resultado un aumento de la temperatura del cojinete debido a la fricción fluida innecesariamente alta. La presión del cojinete afecta el grueso de la película, por lo tanto los lubricantes más viscosos son requeridos para altas cargas en igualdad de las demás condiciones. La temperatura del cojinete efecta la viscosidad del lubricante. Una temperatura alta tiende a adelgazar el lubricante y reducir el grueso de la película. Para altas temperaturas se requieren lubricantes más viscosos.

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9.8 DIAGNOSTICO DE FALLAS EN COJINETES Mediante la aplicación correcta de los principios fundamentales de la lubricación y diseño de cojinetes, la mayoría de las fallas en cojinetes se pueden evitar. Las condiciones defectuosas que afectan con frecuencia el funcionamiento de los cojinetes se evidencian por sobrecalentamiento, operación ruidosa, o desgaste, antes de ocurrir la verdadera falla. Las medidas correctivas tomadas a tiempo a menudo evitarán costosas fallas. Las causas de las dificultades con los cojinetes pueden agruparse bajo condiciones de operación, diseño de cojinetes, ranuras y aplicación del aceite. Las más comunes se detallan a continuación:

9.8.1 Condiciones de Operación. a) Sobrecarga. b) Excesiva tracción de la banda hacia un lado o hacia arriba. c) Alta temperatura del aire o partes metálicas circundantes. d) No asentar debidamente los cojinetes. 9.8.2 Diseño, Construcción e Instalación. 9.8.2.1 9.8.2.2 9.8.2.3 9.8.2.4 9.8.2.5 9.8.2.6

Desalineamiento. Ranuras o diseño incorrectos. Tolerancia excesiva. Tolerancia insuficiente. Fatiga. Mal montaje del metal del cojinete.

9.8.3 Suministro de Lubricante. 9.8.3.1 9.8.3.2 9.8.3.3 9.8.3.4 9.8.3.5 9.8.3.6

Tipo o grado de lubricante en uso. Método de aplicación defectuoso. Suministro insuficiente de lubricante. Punto de aplicación del lubricante incorrecto. Distribución indebida del lubricante. Contaminación del lubricante.

9.8.4

Factores externos

Efecto de la humedad


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La humedad puede afectar seriamente la lubricación. Para los cojinetes que trabajan en condiciones húmedas, es conveniente utilizar un aceite con buena resistencia a emulsionarse, y que por lo tanto se mezcle difícilmente con el agua. Pero, en algunos casos, el exceso de agua puede ser tal que desplace o barra el aceite del cojinete. En este caso, el aceite se ve impedido de brindar una lubricación integral al cojinete, el que no tardará entonces en sufrir los efectos de la corrosión. Conviene recurrir, por lo tanto, a un aceite mezclado que se emulsiona con el agua, pero formando un tipo de emulsión que posea buenas cualidades lubricantes. Además de afectar la lubricación, el agua puede dañar seriamente el cojinete por acción directa sobre sus partes metálicas ferrosas. Estas son suceptibles a la herrumbre. Un buen lubricante debe proteger el cojinete de este peligro. Pero no solo el cojinete puede herrumbrarse; también pueden correr la misma suerte otras partes del sistema de lubricación. El aceite se contaminará entonces con la herrumbre del depósito o de las líneas del sistema de conducción, arrastrando las pequeñas partículas de óxido al espacio libre del cojinete, cuyas delicadas superficies pueden rayarse o arruinarse. Efecto de la contaminación con materiales sólidos. Es difícil mantener el lubricante y el cojinete limpios. La atmósfera casi siempre contiene polvo; y, en algunas industrias o equipos, la cantidad de polvo o suciedad constituye un grave problema. En este caso se hallan, por ejemplo, los cojinetes descubiertos utilizados en las minas, las maquinarias de construcción, los equipos de transporte de materiales, etc. Las partículas muy peueñas de polvo pueden pasar a veces por el espacio libre del cojinete sin producir inconvenientes, pero la gran mayoría de las partículas de polvo son bastante grandes como para poder originar un desgaste rápido del cojinete. El polvo y la suciedad también contribuyen a la formación de cieno. El cieno, en su forma común, es una emulsión que aglutina los materiales contaminantes sólidos en una masa negra y aceitosa. Generalmente el aceite puro y el agua no se mezclan, pero las pequeñas partículas contaminantes actúan a veces como promovedores del emulsionamiento; dando como resultado la formación de cieno. Para cuidar que el polvo atmosférico origine estos problemas, los cojinetes deben ser protegidos en todo lo posible. Si el lubricante es un aceite, y éste es utilizado repetidamente, es preciso recurrir a algún método de purificación, tal como el filtrado, la centrifugación o el asentamiento. Cuando se emplea la lubricación de “un solo paso”, un sistema útil consiste en aumentar la alimentación de lubricante; el exceso de aceite barrerá los materiales contaminantes del cojinete.

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Figura 9.5

Algunos tipos de fallas en cojinetes

CAPITULO 10

METODOS DE LUBRICACION 10.1 LUBRICACION CON ACEITE El método de aplicación del lubricante juega un papel importante en la efectividad de la lubricación para reducir el desgaste y la fricción. Los diversos métodos para aplicar el aceite se describen brevemente a continuación:

10.1.1 Aceitado a Mano. Hecho a intervalos periódicos es ineficaz. Generalmente se aplica una cantidad excesiva de aceite cada vez, que rápidamente se agota, dejando el cojinete parcialmente carente de aceite hasta que se hace la siguiente aplicación. Este método origina desperdicio, es irregular, no ofrece seguridad y para obtener mejores resultados exige el uso de un aceite más pesado de lo que se requeriría con un método más eficiente.

10.1.2 Lubricadores de Alimentación por Gota. Estos son dispositivos que permiten controlar el paso o flujo de aceite por medio de una válvula de aguja. Se utilizan algunas variaciones de este método de lubricación, una de las cuales es la aceitera de lubricación visible en donde el aceite que gotea por un orificio puede ser observado a través de una ventanilla debajo del depósito. Otro método consiste en un tanque de suministro que permite que haya una columna hidrostática de aceite que queda a cierta distancia por encima del cojinete, conectado con este y provisto de un dispositivo de calibración visible. Esto permite alimentar muchos cojinetes desde un depósito central. Los lubricadores de este tipo se usan en considerable número de casos y permiten un ritmo bastante regular de aplicaciones para un determinado ajuste, la cantidad de flujo de aceite varía con la temperatura y viscosidad del aceite y con el nivel de este en el depósito.

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Figura 10.1 Aceitera de gota

10.1.3 Aceiteras de Alimentación por Mecha. Consisten en depósitos o copas de aceite en los que está sumergido el extremo de una mecha de lana o material similar. El otro extremo de la mecha se lleva arriba del nivel de aceite y al interior de un tabique que va a dar al cojinete. El aceite es alimentado por la mecha debido a la acción capilar. La cantidad de flujo de aceite varía con el nivel del aceite en la copa, la temperatura y viscosidad del aceite y la composición y construcción de la mecha. La cantidad de aceite suministrado puede regularse aumentando o disminuyendo el número de hebras de la mecha.

Figura 10.2 Aceiteras de alimentación por mecha

CAPITULO 10 : METODOS DE LUBRICACION ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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10.1.4 Aceitera de cojín. Un cojín saturado de aceite permanece en contacto con el muñón y proporciona la cantidad de aceite necesario para su lubricación. El lubricante debe aplicarse manualmente cada vez que el fieltro se note seco.

Figura 10.3 aceitera de cojín

10.1.5 Aceiteras de Botella. Consiste en un recipiente de cristal invertido y cerrado, con un varilla de metal que pasa por el depósito de aceite a través de una manga bastante ajustada y que va a dar al muñón en rotación. La varilla descansa sobre el muñón y por variaciones en la temperatura que hacen que el aire arriba del aceite se expanda y produzca un flujo de aceite hacia afuera del depósito y aire hacia dentro de éste. Los lubricadores de botella son automáticos y muy eficientes en donde se desea un flujo de aceite pequeño pero uniforme.

Figura 10.4 Aceitera de botella

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 10.1.6 Aceitera de anillo. Consiste en un anillo de diámetro considerablemente mayor que el muñón, que se apoya encima de este último y se sumerge en el depósito de aceite que está debajo. Una aceitera de anillo es en realidad un sistema de circulación en miniatura en donde el aceite que gotea de los extremos del cojinete cae en el depósito de donde nuevamente es recogido por el anillo.

Figura 10.5 Lubricación por anillo

10.1.7 Aceitador de Cadena y Collarín. Es similar en principio al sistema de anillo, excepto que se usa una cadena continua en lugar de anillo y para los de collarín se fija un collarín metálico a la flecha y dicho collarín se sumerge en el depósito de aceite bañando con aceite las partes que requieren lubricación.

Figura 10.6

Lubricación por cadena y collarín


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10.1.8 Lubricación por Salpique. Se usa donde un cigüeñal, engranes, o discos salpican aceite desde un depósito hasta las partes que requieren lubricación. Las partes lubricadas por salpique están encerradas y a veces se usan canales para recoger el aceite salpicado y conducirlo a los cojinetes u otras partes.

10.1.9 Lubricación por Baño. Es un método en que la parte que va a ser lubricada queda completamente sumergida en un baño de lubricante.

Figura 10.7 Lubricación por baño

10.1.10 Lubricadores Mecánicos de Alimentación. Son bombas de aceite que fuerzan el aceite directamente a los cojinetes a una presión que a veces alcanza hasta 5 000 psi. El aceite usado no es recirculado y el lubricador puede calibrarse para que surta aceite a cualquier proporción deseada dentro de los límites de la bomba. Este método es muy eficiente ya que permite un flujo de lubricación positivo y estrictamente controlado. Este es un método de pérdida total que no implica la re-utilización de lubricante.

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Figura 10.8 Lubricador mecánico

10.1.11 Sistemas de Circulación.

Proporciona un flujo constante y controlado hacia los cojinetes y otras partes que requieren lubricación, el aceite usado escurre hacia un depósito y luego es recirculado. En un sistema de circulación por gravedad el aceite es bombeado a un tanque situado arriba de las partes que requieren lubricación desde el cual fluye el aceite por gravedad. El aceite usado escurre desde los tanques hasta un sumidero o tanque de sedimentación. Luego pasa a través de un filtro y es regresado al tanque de gravedad. En un sistema de circulación a presión el aceite es bombeado bajo presión directamente a las partes que van a ser lubricadas, y salvo ésta excepción es similar en otros aspectos al sistema de gravedad. Un sistema de circulación es el método de aplicación de aceite más eficiente y confiable, además de tener la ventaja de que un solo sistema aplica el aceite a numerosos cojinetes.


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Figura 10.9 Lubricación por circulación

10.1.12 Cojinetes Empacados con Estopa. Utilizan estopa de lana o una mezcla de lana y pelo, que se sumerge en un depósito que contiene el lubricante y está también en contacto con el muñón. El aceite se eleva por acción capilar del depósito al muñón. Los cojinetes o chumaceras de alimentación por debajo, de los cuales son ejemplo las chumaceras convencionales de vagón de ferrocarril, generalmente consisten en un medio cojinete con estopa de lana empacada dentro de una caja debajo del muñón. Otro tipo, del cual es ejemplo el cojinete de la armadura del motor de tracción de ferrocarril, tiene un depósito o caja al lado del cojinete a través del cual se establece un contacto entre la estopa y el muñón. La forma correcta de empacar la estopa es muy importante. Debe usarse una estopa de algodón de buena calidad y debe empaparse bien en aceite y escurrirla antes de empacarla. El algodón aunque es mejor que la lana desde el punto de vista de

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ capilaridad, se apelmasa cuando está mojado y pierde contacto con el muñón, ocurriendo así fallas de lubricación.

10.2 LUBRICACION CON GRASA Los diversos métodos por los cuales se aplica la grasa a las superficies friccionantes son los siguientes:

10.2.1 Aplicación a mano. Generalmente se limita a medias chumaceras con la parte superior abierta. La grasa se empaca a mano de modo que haga contacto parejo con el muñón; posiblemente se requieran retenedores para mantener la grasa en su lugar. Cuando no pueden usarse retenedores, generalmente será más económico usar grasa de hilaza de lana, en lugar de una grasa convencional, porque la lana tiende a evitar que el lubricante se desintegre. El empacado a mano no es confiable y origina desperdicio además de que su efectividad depende en alto grado del elemento humano.

10.2.2 Copas de Grasa de Tornillo. Consisten en una copa que puede atornillarse a una grasera conectada por tubo al cojinete. La copa se llena de grasa y cuando se atornilla a mano, el lubricante (grasa) es forzado hacia el interior del cojinete. Este método es una mejora sobre el empacado a mano, pero no es automático.

Figura 10.10 Copa grasera de tornillo


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10.2.3 Copas de Grasa por Muelle de Compresión. Están diseñadas de modo que un resorte espiral que actúa sobre un émbolo con empaque de cuero fuerza gradualmente la grasa al interior del cojinete. El ritmo y cantidad de alimentación pueden controlarse variando la carga del resorte o por un orificio de abertura variable. Este método es semiautomático y es una mejora sobre la copa de tornillo operada manualmente. En general se instala una grasera de presión para llenar la copa.

Figura 10.11 Copa grasera de resorte

10.2.4 Pistolas de Presión. Son aparatos operados a mano para forzar la grasa a través de graseras hacia el interior de los cojinetes bajo presión. La grasera generalmente está provista de una válvula de retención para evitar la fuga de grasa una vez que se ha retirado la pistola. Para la mayoría de pistolas graseras operadas a mano se necesitan grasas suaves (NLGI No 2 máximo). Este método es ampliamente usado para todo tipo de cojinetes y tiene la ventaja de forzar la grasa vieja y contaminada para que salga por los extremos del cojinete.

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Figura 10.12 Pistolas de engrase manual


Figura 10.13 Detalle de una pistola engrasadora portátil

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10.2.5 Sistemas Centralizados de Engrase a Presión. Contienen bombas operadas por aire o motor, que fuerzan la grasa en una proporción controlada a través de tubos hasta las partes a lubricar. Varían considerablemente en cuanto a diseño y tipo, y permiten la lubricación de un gran número de cojinetes con una sola bomba o sistema. Este es un método muy eficiente ya que asegura un flujo de grasa positivo y controlado. En la mayoría de los sistemas la cantidad de grasa aplicada se controla por válvulas ajustables localizadas en cada cojinete.

Figura 10.14 Sistema centralizado de engrase

CAPITULO 11

LUBRICACION DE COJINETES ANTIFRICCION Los cojinetes antifricción difieren de los cojinetes lisos en que las superficies opuestas están separadas por elementos rodantes tales como bolas, rodillos y agujas. Pueden soportar cargas radiales o de empuje. Un cojinete para carga radial está constituido por anillos de acero duro, metidos uno dentro de otro, entre los cuales se colocan bolas, rodillos o conos. Estos anillos se conocen como pistas. La que está en la parte de afuera, se llama pista exterior y la que se encuentra dentro pista interior. Las bolas, rodillos o conos, se encuentran encerrados dentro de separadores o jaulas para que se mantengan uniformemente espaciados. En estos tipos de cojinetes, la pista interior se encuentra ajustada al eje y gira con él y ésta a su vez sobre las bolas. Mientras esto sucede la pista exterior permanece estacionaria. La figura 11.1 muestra los tipos de cojinetes y su nomenclatura.

11.1 PRINCIPIO DE OPERACION Bajo carga, una bola nunca llega a tener un solo punto de contacto. Si esta bola es presionada contra una superficie plana, el contacto tiene una forma de un pequeño círculo. Cuando es cargada entre las dos pistas de un cojinete, el efecto es diferente, resultando sobre cada pista una superficie de contacto elíptica. Esta superficie es considerablemente mayor que el círculo que se obtendría sobre una superficie plana, con lo cual la presión por unidad de superficie resulta menor. En trabajo, las bolas ruedan alrededor de la pista. A medida que una bola se acerca al área de carga o de presión, se produce una pequeña deformación, tanto de la bolilla como de las pistas. Esta deformación desaparece a medida que las bolas salen del área de presión. En realidad, el metal en el área de contacto está comprimido, pero la parte que rodea esta zona de compresión sufre un esfuerzo

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Figura 11.1 Vista en corte en que se indica la construcción y nomenclatura de los cojinetes antifricción. (A) Cojinete de bolas. (B) Cojinete de rodillos. (C) Cojinete de rodillos cónicos. (D) Cojinete de agujas. (E) Cojinete de bolas para cargas axiales.

CAPITULO 11 : LUBRICACION DE COJINETES ANTIFRICCION ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

Figura 11.2 Nomograma para el cálculo de la vida útil

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11.2 FUNCION DEL LUBRICANTE Despreciando por el momento la acción del deslizamiento entre las bolas o rodillos y sus separadores y suponiendo que la acción es de rodadura, parecería que la necesidad de lubricación es nula o muy pequeña. Conociendo las altas presiones que prevalecen en los puntos de contacto se puede suponer que ningún lubricante puede mantener una película que separe el elemento rodante de sus pistas. Parecería por lo tanto, que el aceite o la grasa no pueden tener ninguna función lubricante, en lo que se refiere a bolas o rodillos y pistas. Desde el punto de vista práctico, sin embargo, el lubricante es muy necesario. Se reconoce generalmente que si no se lubrica el cojinete, habrá soldadura y picadura del metal entre los elementos rodantes y las pistas. Un aceite o grasa evitan esto. Además debe reconocerse que existe siempre una cierta fricción por deslizamiento en un cojinete antifricción. La mayor parte de este deslizamiento se produce entre las bolas o rodillos y los separadores. En los cojinetes a rodillos, la fricción es entre las puntas de los rodillos y los costados de las pistas. En los cojinetes de agujas, existe una fricción de deslizamiento entre agujas adyacentes. En un cojinete de bolas hay una pequeña fricción por deslizamiento entre las bolas y las pistas en el área de contacto elíptica, debido a la diferencia de radios en las elipses. Otro papel del lubricante es el de disipar el calor. El calor desarrollado por la presión dentro del cojinete es muy reducido, debido a que la misma fricción es prácticamente despreciable. Pero cuando las bolas o pistas están sujetas a tensiones repetidas que deforman el metal, la temperatura aumenta.


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Algunas instalaciones están sujetas a altas temperaturas desde fuentes externas. En estos casos el aceite, si se suministra desde un sistema circulatorio, puede disipar el calor y enfriar los cojinetes. Se debe prestar atención al hecho de que partículas contaminantes sueltas, extremadamente pequeñas, pueden afectar seriamente la operación de un cojinete antifricción. En muchas instalaciones el lubricante tiene la importante misión de evitar la contaminación del cojinete. La tierra y el polvo son los enemigos más grandes de los cojinetes antifricción, en forma tal que cualquier desgaste que se produce es casi siempre debido a la suciedad que ha entrado en el cojinete.

11.3 FACTORES QUE AFECTAN LA LUBRICACION Los siguientes factores afectan la lubricación de los cojinetes antifrición: 11.3.1 Temperatura. En condiciones de alta temperatura la viscosidad del aceite debe ser alta. El punto de referencia puede ser una temperatura de 80 OC. En condiciones de baja temperatura, el aceite debe ser de baja viscosidad y un punto de fluidez lo bastante bajo para fluir y lubricar correctamente. Si el cojinete está lubricado por grasa y la temperatura es baja se requiere una grasa de baja consistencia para evitar una excesiva pérdida de potencia en el cojinete. 11.3.2 Humedad. Tiene importancia en cuanto a la protección del cojinete contra la corrosión y la selección del tipo de grasa adecuado. 11.3.3 Polvo y Suciedad. Cuando se presenta esta condición el cojinete generalmente se lubrica con grasa, la cual produce un sellado del cojinete y evita así que el polvo penetre en el interior del cojinete. 11.3.4 Velocidad. Para condiciones de alta velocidad el aceite es el más recomendado. Cuando aumenta progresivamente la velocidad debe disminuir en la misma forma la viscosidad del aceite y viceversa.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Ocasionalmente, y aún con velocidades muy elevadas que aconsejan el uso de aceite, puede ser necesario utilizar una grasa por otros motivos. En estos casos, la grasa debe ser elegida con mucho cuidado. Debe ser resistente a la ruptura de su estructura durante el trabajo y no debe separar sus componentes por acción de la fuerza centrífuga. Como regla general se debería utilizar una grasa fabricada con un aceite de la misma viscosidad que el que utilizaría el cojinete si éste fuera lubricado sólo con aceite. 11.3.5 Presión Extrema. La viscosidad del aceite debe aumentar en relación directa con la carga, sin embargo este aspecto no es suficiente en el caso de cojinetes antifricción, donde las presiones que se presentan son mucho más elevadas que las de cojinetes lisos. La resistencia de película juega un papel importante y por esto casi todos los aceites y grasas empleados en cojinetes antifricción son de tipo EP.

11.4 CAUSAS DE FALLAS En general se puede considerar que existen causas ajenas a la lubricación y causas que tienen directa relación con el lubricante.

11.4.1 Fallas por mala lubricación. Pueden resumirse así: 11.4.1.1 Desintegración de la estructura de la grasa debido a la agitación fuerte o al calor, lo cual causa la separación del aceite y el jabón. 11.4.1.2

La oxidación del lubricante que ocasiona depósitos gomosos, los cuales interfieren el funcionamiento suave del cojinete. Cuando se lubrica con grasa el aceite es el primero que se oxida y en consecuencia se requieren grasas fabricadas con aceites de buena calidad.

11.4.1.3 Exceso de lubricación, que origina temperaturas excesivamente altas debidas a la fricción fluida interna y propician la desintegración y oxidación del lubricante. 11.4.1.4 El uso de lubricantes de la calidad no apropiada para las condiciones de operación.


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11.4.2 Causas ajenas a la lubricación. Las pricipales son: 11.4.2.1 La sobrecarga o cargas de choque excesivas, evidenciadas por la presencia de picaduras en bolas o rodillos. El metal desprendido se mezcla con el lubricante y acelera la falla. 11.4.2.2 Los cojinetes antifricción se dañan a menudo por un efecto llamado corrosión por vibración o "fretting". Se evidencia por la formación de un material parecido a herrumbre y el desarrollo de manchas de desgaste en la superficie del cojinete. La vibración o el movimiento oscilatorio son una condición esencial para que haya este fenómeno.

11.5 LUBRICACION CON ACEITE O GRASA Tanto el aceite como la grasa pueden lubricar satisfactoriamente un cojinete; ninguno es más adecuado como lubricante que el otro. La elección depende normalmente de consideraciones particulares sobre cada cojinete o instalación. En general, se prefiere el aceite cuando las velocidades son extremadamente elevadas o las temperaturas muy altas. Al contrario, la grasa es la elección lógica cuando no se puede conseguir un sellado de la caja con aceite; los cojinetes diseñados para la lubricación con aceite son generalmente más costosos y complicados. Se prefiere también la grasa, cuando existe un gran peligro de contaminación y cuando los cojinetes se lubrican a intervalos poco frecuentes; la grasa queda en su lugar y no se pierde. Existen situaciones en las cuales hay que conciliar condiciones opuestas, y se requieren grasas muy especiales para llenar las necesidades existentes.

11.6 RECOMENDACIONES GENERALES Las precauciones y recomendaciones para asegurar una lubricación eficiente de los cojinetes antifricción se puede sintetizar brevemente así:

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 11.6.1 No llene o empaque los cojinetes lubricados con grasa, cuando son de media o alta velocidad, más de una tercera parte de su capacidad. 11.6.2

No ponga más aceite en los cojinetes lubricados por baño que el necesario para sumergir la mitad de las bolas o rodillos más bajos.

11.6.3 Aplique lubricante únicamente cuando sea necesario y en cantidades controladas. 11.6.4 Use aceites y grasas del tipo y calidad correctos para las condiciones de operación. 11.6.5 Mantenga los sellos y tapones bien ajustados para evitar la entrada de impurezas abrasivas y corrosivas. 11.6.6 Desmantele los cojinetes y limpie perfectamente todas las partes a intervalos de tiempo periódicos (mínimo una vez por año). Los cojinetes sometidos a altas temperaturas requieren limpieza más frecuente para mantenerlos libres de depósitos. Los cojinetes prelubricados y sellados no requieren mantenimiento.

11.7 METODO SKF PARA LA SELECCION DE UNA GRASA Una grasa no adecuada para una determinada aplicación, puede tener un efecto negativo sobre la duración del rodamiento. Es muy importante seleccionar una grasa que tenga una película de aceite con suficiente capacidad de carga entre los elementos rodantes y pistas, bajo las condiciones de trabajo dadas. En la mayoría de las ocasiones no es difícil seleccionar la grasa, ya que las calidades estándar cubren una amplia gama de aplicaciones. Cuando se desee hacer una selección más precisa, hay que tener en cuenta: 11.7.1 Condiciones de carga bajo las cuales funciona el rodamiento. 11.7.2 Gama de velocidades. 11.7.3 Condiciones de funcionamiento, tales como vibración y orientación del eje (horizontal o vertical). 11.7.4 Condiciones de refrigeración.


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11.7.5 Eficacia de la obturación. 11.7.6 Ambiente exterior.

En determinados campos de aplicación, se pueden utilizar normas especiales. Por ello, hay que considerar distintos factores en la selección de la grasa. No se puede cuantificar en forma generalizada. No obstante, sobre la base de pruebas y experiencias, SKF ha creado el esquema siguiente, tal que, partiendo del diámetro del agujero del rodamiento, de la velocidad y de la temperatura, se selecciona una grasa adecuada. El factor a23 se emplea en la ecuación de duración (ver Catálogo General SKF) para indicar la influencia del material y la viscosidad del aceite base, en la duración del rodamiento. El factor a23 debe exceder de 1, pero al mismo tiempo es importante recordar que los aceites bases con viscosidades altas tienden a aumentar la temperatura de funcionamiento. El valor k, esto es, la relación entre las viscosidades del aceite base empleado v y del que se debería emplear v1 para asegurar una lubricación adecuada, debe ser también mayor que 1 (ambos valores de viscosidad a la temperatura de funcionamiento). Si k es menor de 1, se recomienda emplear una grasa con aditivos EP. Si k es menor de 0.4 la grasa debe contener tales aditivos. Ejemplo 1: Hay que lubricar un rodamiento con diámetro interior d = 70 mm, velocidad n = 1.000 r.p.m., y temperatura de funcionamiento t = 69 oC. ¿ Qué tipo de grasa deberíamos usar ? Dibuje una línea vertical en la figura 11.3 desde el punto de 70 mm de la escala de la izquierda hasta cortar a la diagonal de 1.000 r.p.m., y desde esa intersección trace una horizontal hasta cortar a una línea imaginaria que corte a la línea que representarían los 69 oC (escala de la derecha). Desde este nuevo punto de corte siga la diagonal hasta que interseccione con la vertical de 40 oC (temperatura de referencia para la viscosidad). Ahora siga horizontalmente a la zona de la derecha donde está la grasa adecuada. En este caso, la grasa SKF LGMT 2 con k = 2.5 y a23= 2 sería la adecuada. Esta grasa da suficiente espesor de película para duración doble. Si la carga es fuerte, hay una alternativa: la grasa SKF LGEP 2 con k = 5 y a23 = 2.5.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Ejemplo 2: Hay que lubricar un rodamiento más grande con una velocidad y temperatura de funcionamiento menores que en el ejemplo 1. En este caso el diámetro interior es d = 320 mm, la velocidad n = 10 r.p.m., y la temperatura t = 30 oC. Use el mismo procedimiento del ejemplo anterior. la grasa adecuada será la SKF LGEP 2 con k = 1.3 y a23 = 1.2; como alternativa, la SKF LGMT 3. Por otro lado, la grasa LGMT 2 tiene k = 0.6 lo que indica que el espesor de película es demasiado pequeño. Además a23 = 0.4 es demasiado pequeño.

11.8 TIEMPO DE UTILIZACION DE UNA GRASA El tiempo que un rodamiento engrasado funciona satisfactoriamente sin reengrase, depende del tipo, tamaño, velocidad y temperatura de funcionamiento del rodamiento, del ambiente, disposición de las obturaciones, y tipo de grasa. Para rodamientos pequeños, especialmente los rígidos de bolas, la duración de la grasa es tan prolongada en muchos casos, que no se precisa relubricación. En tales casos, pueden ser adecuados los rodamientos de bolas lubricados "de por vida", con protecciones u obturaciones. La figura 11.4 muestra los intervalos de lubricación adecuados, expresados en horas de funcionamiento, para grasas resistentes a la oxidación de calidad media. El gráfico es aplicable a rodamientos en máquinas estacionarias bajo o cargas normales y a una temperatura de 70 C (medida en el aro exterior). o Cuando la temperatura sobrepasa los 70 C, los intervalos se deben reducir a la mitad por cada 15 oC de aumento; por supuesto, no se debe exceder la máxima temperatura en servicio permitida por la grasa. Cuando la temperatura está por debajo de 70oC, los intervalos se pueden sobrepasar, incluso hasta valores del doble cuando la temperatura es menor de 50 oC. Es preciso tener en cuenta que los intervalos de lubricación admisibles pueden variar considerablemente para diferentes grasas, incluso si son aparentemente similares. Si hay riesgo fuerte de contaminación durante el funcionamiento, es necesario relubricar más frecuentemente. Lo mismo es aplicable a rodamientos en los que la grasa también hace de agente obturador contra el agua. Por ello, los rodamientos en máquinas papeleras deben relubricarse una vez a la semana (ya que los soportes están sometidos a la acción del agua).


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11.9 SELECCION DE UN ACEITE LUBRICANTE Un aceite lubricante se selecciona sobre la base de la viscosidad requerida para asegurar una adecuada lubricación a la temperatura de funcionamiento. Para que se pueda formar entre las superficies en contacto de los elementos rodantes y pistas de rodadura una película de aceite con suficiente capacidad de carga, la viscosidad del aceite debe tener un cierto valor mínimo a la temperatura de funcionamiento. Para lubricación de rodamientos, se recomienda un aceite con un índice de viscosidad alto (IV = 85 o más). La viscosidad cinemática necesaria para obtener una lubricación satisfactoria, se puede determinar con la ayuda del diagrama para aceites minerales. Para elegir el aceite correcto es también necesario tener una idea de la temperatura de funcionamiento del rodamiento, bien basada en la experiencia u obtenida por algún otro método. Es posible por tanto en el diagrama, leer la viscosidad a la o o temperatura de referencia de 40 C que le corresponde (p.e. 20 o 50 C), y sobre esta base seleccionar el aceite adecuado. El diagrama corresponde a un índice de viscosidad de 85. Se puede aumentar la duración del rodamiento si se selecciona un aceite con una viscosidad a la temperatura de funcionamiento algo mayor que la viscosidad cinemática v, obtenida del gráfico. Por otro lado, el incremento de viscosidad también significa aumento de la temperatura de funcionamiento. Por ello hay un límite en la práctica, hasta el cual la lubricación se puede mejorar. Existe una cierta relación k entre la viscosidad v del aceite seleccionado a la temperatura de funcionamiento, y la viscosidad cinamática v, necesaria para una lubricación satisfactoria. Si k es menor de 1, se recomienda el empleo de aditivos EP. Si k es menos de 0.4 el aceite debe contener dichos aditivos. Para rodamientos de tamaños medianos y grandes, un aceite con aditivos EP puede contribuir a incrementar la seguridad de funcionamiento, incluso cuando k es mayor de 1.

Ejemplo. Un rodamiento gira a n = 500 r.p.m. Sus diámetros son d=340 mm y D=420 o mm; la temperatura de funcionamiento es de aproximadamente 70 C. ¿ Cuál

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ será la viscosidad necesaria para obtener una lubricación satisfactoria, y qué viscosidad representa esto a la temperatura de 40 oC ? 11.9.1 Primero se determina el diámetro medio del rodamiento mediante la fórmula: dm = 0.5 (D + d) = 0.5 (340 + 420) = 380 mm 11.9.2

Se busca dm = 380 mm en el eje horizontal del figura 11.4 de la izquierda. Se traza una perpendicular hasta cortar a la diagonal de 500 r.p.m.

11.9.3 Desde el punto de intersección se traza una horizontal hasta llegar al eje vertical, donde se puede leer la viscosidad cinemática necesaria v, en este caso 13 mm2/s. Ahora se puede determinar la viscosidad a la temperatura de referencia, esto es, el índice de viscosidad especificado para el aceite cuando se compre. 11.9.3 Se sitúa en el gráfico de la derecha, en el punto del eje horizontal correspondiente a la temperatura de funcionamiento (por ejemplo 70 o C). Se traza una perpendicular hasta cortar a la horizontal correspondiente a 13 mm2/s del eje vertical. Desde ese punto se traza una paralela a las líneas inclinadas del gráfico hasta cortar a la vertical correspondiente a 40oC. Desde ese nuevo punto se traza una la horizontal hasta cortar el eje vertical, que indica una viscosidad de 39 mm2/s a 40 o C.

11.10 INTERVALO DE CAMBIO DE ACEITE Depende de las condiciones de funcionamiento y de la calidad del aceite. Con lubricación por baño de aceite, es suficiente en general cambiarlo una vez al año, siempre y cuando la temperatura del rodamiento no exceda de 50 oC. A mayor temperatura o con fuerte contaminación, se debe cambiar el aceite más a menudo; por ejemplo, a temperaturas de unos 100 oC, una vez al trimestre. Cuando existe circulación de aceite, el intervalo de cambio sólo se puede determinar mediante una inspección de la calidad del aceite, esto es, teniendo en cuenta la oxidación o la presencia de partículas abrasivas. Por ello, es importante observar continuamente el aceite durante el período inicial, hasta tener cierta experiencia.


Figura 11.3 Diagrama para selección de grasas

Figura 11.4 Diagrama para selección de aceites

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

Figura 11.5 Diagrama para calcular los intervalos de relubricación con grasa

CAPITULO 12

LUBRICACION DE ENGRANAJES El conjunto de un engranaje está conformado por unas ruedas dentadas que están acopladas a unos ejes que giran. Su principal función es la de transmitir potencia de un eje a otro, sin embargo, también se usan para cambiar la velocidad de un eje con relación a otro de manera que uno de ellos gire más rápidamente, y para cambiar la dirección del movimiento, conectando ejes que no sean paralelos.

12.1 TIPOS DE ENGRANAJES 12.1.1 Cilíndricos Rectos. Son los más corrientes y conocidos, se distinguen por el hecho de que sus dientes se alinean paralelamente a su eje de revolución. Los ejes paralelos se conectan por este tipo de engranajes.

Figura 12.1 Engranaje recto

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 12.1.2 Helicoidales. Los dientes de este engranaje están torcidos en forma de hélice y forman con el eje del engranaje un ángulo conocido con el nombre de ángulo helicoidal. Debido a este diseño de dientes, son más silenciosos y suaves a altas velocidades que los engranajes rectos.

Figura 12.2 Engranaje helicoidal

Un tipo especial de esta clase de engranajes es el bihelicoidal, también conocido como "espina de pescado", tiene en efecto, dos series de dientes dispuestos en V. Mientras que el eje para un engranaje helicoidal sencillo tiene un cojinete que absorba el empuje terminal producido por la dirección de la carga en los dientes del engranaje, el bihelicoidal, produce cargas terminales en ambas direcciones que se neutralizan entre sí.

Figura 12.3 Engranaje bihelicoidal

CAPITULO 12 : LUBRICACION DE ENGRANAJES ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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12.1.3 Cónicos. Tienen forma de cono y se emplean en la conexión de ejes que se interceptan. Con ligeras excepciones, este tipo de engranajes se puede clasificar en dos clases: de dientes rectos y de dientes curvos. Estos últimos se conocen con el nombre de cónicos helicoidales: constan de dientes oblicuos curvados en los que el contacto de dientes se inicia gradualmente y prosigue en forma regular desde un extremo al otro.

Figura 12.4 Engranaje cónico de dientes rectos

12.1.4 Hipoidales. Tienen un gran parecido con lo cónicos, si prescindimos del hecho que están provistos de dientes curvados en formas y perfiles especiales y se diseñan para trabajar con ejes que no se interceptan. Además soportan cargas elevadas.

Figura 12.5 Engranaje hipoidal

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 12.1.5 Tornillo sin Fin. Su conjunto es un tornillo sin fin y una corona con dientes de tipo helicoidal. Se utiliza en aquellos casos donde hay que transmitir cargas pesadas a velocidades relativamente bajas o cuando la relación de transmisión de potencia entre el eje conducido y el de transmisión es grande. Los ejes se montan entre sí en forma perpendicular o ángulo recto o casi recto y sin cortarse.

Figura 12.6 Engranaje sin fin

12.1.6 Otros engranajes. Existen otros tipos de engranajes menos comunes como el de cremallera y piñón, o los engranes rectos internos o planetarios.

Figura 12.7 Engranaje de cremallera y engranaje planetario


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12.2 ESTUDIO DE LOS DIENTES 12.2.1 Partes del diente Antes de seguir adelante, es conveniente dar una idea general acerca de los nombres con que se denomina a cada parte de un diente y a las relaciones que entre ellos existen. A pesar de que pueden existir variaciones de forma, tamaño y disposición entre los dientes de los diferentes tipos de engranajes, sus secciones transversales son muy parecidas para ser generados sus perfiles de acuerdo a principios teóricos similares. Por consiguiente reduciremos este estudio al de los dientes rectos de un engranaie cilíndrico. Véase Figura 12.8.

Figura 12.8 Partes del diente

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Circunferencia primitiva o círculo primario: es la circunferencia imaginaria por donde va deslizándose un engranaje sobre otro. Círculo de cabeza, es aquel que forma la periferia original de la rueda. Círculo de pie, es el círculo que pasa por las bases de los espacios que existen entre los dientes. Cresta es la parte del círculo de cabeza que no es alterada durante el tallado de los dientes. Cabeza del diente es la altura del diente hacia afuera y a partir de la circunferencia primitiva. Raíz del diente es la distancia entre la base del diente y la circunferencia primitiva.

Figura 12.9 Dimensiones del diente

Se llama paso a la distancia medida sobre la circunferencia primitiva, entre los ejes de los dientes. El paso se divide en dos partes, un lleno y un vacío, medidos ambos sobre la circunferencia primitiva. El lleno está ocupado por el diente.


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En todos los casos el vacío es mayor que el lleno. Si t es el paso total, se obtienen las siguientes relaciones: Paso lleno = (19/40) t Paso vacío = (21/40) t De donde resulta un juego entre ambos iguales a (t/20)

Estos son los juegos laterales que existen entre los dientes, tomados sobre la circunferencia primitiva. También es interesante designar el juego de cabeza (Fig. 12.9 ) como la diferencia entre la raíz de un diente y la cabeza de otro. Su valor oscila alrededor de 0.06 del paso.

12.3 CONTACTO ENTRE DIENTES DE ENGRANAJES El diente de un engranaje presiona contra el diente compañero del otro engranaje en una línea que va a través de la cara del diente. En los engranajes rectos esta línea se mueve sobre el diente, cuando giran los engranajes. Ver figura. Este movimiento se aplica también a los engranajes helicoidales, bihelicoidales, cónicos y cónicos helicoidales.

Figura 12.10

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Sin embargo, en los engranajes de tornillo sin fin y en los hipoidales, la línea de contacto se mueve más o menos en sentido lateral, como se muestra en la figura. Por lo tanto la acción entre los dientes de los engranajes de tornillo sin fin y los hipoidales es más de frotamiento o deslizamiento que en los otros tipos de engranajes, los cuales tienen más acción de rodamiento que de otro tipo.

Figura 12.11

12.4 TEORIA DE LA LUBRICACION Entre las superficies de contacto de los dientes de un engranaje existen tres tipos de movimiento: rodamiento, deslizamiento y una combinación de ambos. A pesar de que los perfiles de los dientes se proyectan para obtener una máxima aproximación al movimiento de rodamiento con el fin de obtener el mayor rendimiento, la mayor parte del movimiento es del tipo deslizante. Basándose sobre este último, se puede desarrollar una teoría de la lubricación por cuña de aceite entre los dientes, ya que el deslizamiento favorece la formación de dicha cuña. Estos dos factores deben ser necesariamente balanceados en el diseño de los perfiles, para lograr junto con un buen rendimiento una máxima resistencia al desgaste.


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Para una mejor comprensión de la manera como se realiza la lubricación de los dientes de un engranaje, se estudiará lo que ocurre con dos ruedas de fricción que ruedan y se deslizan una sobre la otra.

Figura 12.12 FORMACIÓN DE LA CUÑA DE ACEITE

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Si dos ruedas de fricción acopladas tuvieran el mismo diámetro y sus ejes velocidades iguales, o si sus diámetros fueran diferentes pero ambas ruedas tuvieran la misma velocidad tangencial, no existiría entre ellas deslizamiento alguno. Si se lubrica el punto donde las ruedas entran en contacto, el aceite, debido a su adhesividad, formará una película fina sobre la superficie de las ruedas, película que en razón de su viscosidad tiende a separar las ruedas. Si se supone ahora que una de las ruedas gira a diferente velocidad que la otra, el suministro de lubricante será el mismo que en el caso anterior. Entre las ruedas existirá una combinación de rodamiento y deslizamiento; este último irá aumentado a medida que sea mayor la diferencia de velocidades de las ruedas. El lubricante suministrado no sólo se adherirá en forma de fina película a las caras de las ruedas, sino que será introducido en forma de cuña (semejante a la que se forma en los cojinetes planos), con la velocidad de la rueda más veloz. En este caso, aún con un suministro menor de lubricante, las cantidades del mismo que serán forzadas al pasar por el espacio entre las dos superficies en contacto, serán mayores. De esto se concluye que en tales condiciones, la lubricación será más segura y efectiva. En el caso de dos ruedas dentadas, al comienzo del engrane la rodadura es nula (máximo deslizamiento), y va aumentando hasta su valor máximo en el círculo primitivo disminuyendo luego hasta que termina el engrane; en el punto sobre dicho círculo las condiciones de lubricación son críticas, porque se invierte la dirección del movimiento de deslizamiento, lo que dificulta la permanencia de la película de aceite. En las siguientes figuras puede observarse esta secuencia. La formación de una buena película depende del perfil de los dientes, de la carga que transmiten y de la velocidad a que funcionen.

12.5 FACTORES QUE AFECTAN LA LUBRICACION Se requiere una gruesa película lubricante para evitar el contacto metálico entre dientes al engranar. Las características del aceite empleado ejercen un marcado efecto en el establecimiento y la conservación de esta película. Al seleccionar el aceite para lubricar engranajes encerrados, deben tomarse en cuenta los siguientes factores de diseño y operación.


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12.5.1 Tipo de Engranaje. Es importante debido a que todos ellos tienen diferentes formas de frotarse el uno con el otro. Con los engranajes de tornillo sin fin y los hipoidales hay que asociar, usualmente, unidades de presión más elevadas en la línea de contacto y por lo tanto mayor fricción. Estos factores, en consecuencia, fijan que para estos engranajes se utilicen aceites de mayor viscosidad que para los otros tipos.

12.5.2 Velocidad. Para altas velocidades se utilizan aceites de menor viscosidad que para engranajes de baja velocidad. Estos últimos requieren un aceite de alta viscosidad con el fin de que no sea expulsado de entre los dientes.

12.5.3 Relación de Reducción. Cuando la relación de reducción es menor de 10:1, por lo general se utiliza un juego de reducción simple y en este caso, el aceite se selecciona tomando como base la velocidad del piñón impulsor. Cuando la reducción es mayor de 10:1, generalmente se emplea un juego de engranes de reducción múltiple. En este caso el aceite debe seleccionarse para satisfacer las necesidades del piñón de baja velocidad de la última reducción. Con los engranes sin fin e hipoidales, no es necesario tomar en cuenta la relación de reducción, ya que en este caso, el deslizamiento entre los dientes es el factor que controla la formación de una película efectiva de aceite.

12.5.4 Temperatura de Operación. A mayor temperatura de requiere un lubricante de mayor voscosidad. La temperatura del aceite durante el trabajo es siempre mayor que la temperatura ambiente. Para engranajes rectos, helicoidales, doble helicoidales, cónicos o o cónicos espirales a plena carga, el aumento de temperatura es de 10 C aproximadamente. Los engranajes hipoidales y sin fin registran aumentos de 32 o C a plena carga. En general la temperatura del aceite en un engranaje hipoidal y sin fin en aplicaciones industriales no debe exceder de 90 oC y en aplicaciones automotrices de 122 oC.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

12.5.5 Naturaleza de la Carga. Con el aumento de la carga debe producirse un aumento en la selección de la viscosidad del lubricante. En situaciones de carga muy elevada o carga de impacto, el lubricante debe ser del tipo EP.

12.6 CARACTERISTICAS DEL LUBRICANTE 12.6.1 Viscosidad. Es la característica que asegura la distribución del aceite a todas las superficies de rozamiento y la formación de películas protectoras a las velocidades, presiones y temperaturas existentes. 12.6.2 Estabilidad a la Oxidación. Con frecuencia el lubricante debe permanecer dentro del engrane durante largos períodos de tiempo sin deteriorarse, y en condiciones de temperatura desfavorable en contacto con aire. 12.6.3 Resistencia a la formación de Espuma. La espuma formada por el lubricante en contacto con el aire cuando el engranaje gira debe desaparecer rápidamente, esto se consigue con aditivos antiespumantes dentro de la formulación del aceite. 12.6.4 Resistencia a la Humedad. El aceite debe tener buena demulsibilidad o capacidad para separarse del agua rápidamente. 12.6.5 Propiedades Antiherrumbre. Debe proteger contra la formación de herrumbre y sus productos que promueven el desgaste y aumentan el régimen de oxidación. 12.6.6 Extrema Presión. Especialmente para engranajes hipoidales que trabajan sometidos a cargas elevadas.


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12.7 METODOS DE LUBRICACION PARA ENGRANAJES Los siguientes son los métodos para conseguir una lubricación efectiva. 12.7.1 Lubricación por Baño. La lubricación por baño puede efectuarse en engranajes de tipo abierto (por su gran tamaño) o cerrados donde existe un nivel de aceite y que al girar recoge en sus dientes la cantidad de lubricante deseada. Este sistema se utiliza en engranajes cerrados de baja y media velocidad. 12.7.2 Lubricación por Circulación. Se efectúa cuando el engranaje gira a altas velocidades y se hace mediante un rocío. En algunos casos se combina el salpique (baño) y el rocío.

ESCALA DE VISCOSIDADES DE LUBRICANTES PARA ENGRANAJES Con el objeto de especificar un modo de selección de la viscosidad para un lubricante, la ASOCIACION DE FABRICANTES AMERICANOS DE ENGRANAJES (AGMA) y la SOCIEDAD DE INGENIEROS AUTOMOTRICES (SAE) han establecido varios grupos de viscosidad de lubricantes, análogos a los grados SAE para aceites de motor. No AGMA

SSU (100 oF)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

180/240 280/360 490/700 700/1.000

SSU (210 oF)

80/105 105/125 125/150 150/190 350/550 900/1.200 1.800/2.500

No SAE 10 20 30 (80) 40 50 60 (90) 70 (140)

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12.8 CAUSAS Y TIPOS DE FALLAS Uno de los resultados de la lubricación defectuosa de los engranajes es el desgaste excesivo de los dientes. Hay, no obstante, otras causas de desgaste y destrucción de los dientes de engranajes, de las cuales no es responsable el lubricante. Uno de los problemas más difíciles es el análisis correcto del desgaste de los engranajes. El "Comité de Investigaciones Especiales sobre la Fuerza de los Dientes de Engranajes", de la "American Society of Mecanical Engineers", ha estudiado muy profundamente este problema y ha agrupado los diversos tipos de desgaste de engranes en las siguientes seis clases, cada una de las cuales tiene causas diferentes según las condiciones de servicio.

12.8.1 PICADURAS. Parecen ser el resultado de la fatiga por compresión del metal ocasionada por repetidos y altos esfuerzos de compresión, a partir del contacto de superficies curvas bajo cargas de rodamiento de alta magnitud. Esta condición ocurre a lo largo del círculo donde hay contacto por rodaje. Cuando los esfuerzos originados exceden a la tolerancia compresiva del metal, se desprenden de las superficies partículas de material o laminillas, que al ser arrancadas dejan agujeros.

Figura 12.13 Picadura


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12.8.2 ABRASION. Es causada por la presión de materias extrañas como por ejemplo: partículas metálicas o granos, que se alojan entre las superficies opuestas y en contactos de rodamiento o deslizamiento. Inicialmente se forman rayaduras o canales que van en la misma dirección que el deslizamiento de las superficies opuestas. Si el material abrasivo no es eliminado, a la postre ocurre desgaste muy considerable.

Figura 12.14 Abrasión

12.8.3 RAYADO. Tiene lugar cuando debido a otros tipos de desgaste se encuentra presente un acabado imperfecto de la superficie, mal alineamiento de partes, u otras imperfecciones, que cortan la película de lubricante y rayan las superficies en contacto. Una superficie rayada se parece a menudo a una superficie que haya sufrido abrasión y, por lo general, cuando existe rayado también existe abrasión, porque las partículas de metal de las rayaduras actúan como abrasivos. En general las cortadas y rayaduras que resultan del fenómeno de rayado presentan un esquema más regular que las ocasionadas por materias abrasivas extrañas. En la mayoría de los casos el rayado es la consecuencia de mano de obra mala y no se presenta a menudo si las superficies de contacto están diseñadas, maquinadas y ajustadas con exactitud.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

Figura 12.15 Rayaduras

12.8.4 DESCASCARAMIENTO. Es un tipo de falla que afecta a la superficie, similar en ciertos aspectos a la destrucción por picaduras y que resulta en el desprendimiento de láminas de metal, de tamaño apreciable, de la superficie, pero no parece ser un fenómeno causado por fatiga. Generalmente se presenta en los metales más suaves y más dúctiles y tiene lugar cuando los esfuerzos de cizallamiento originados por

Figura 12.16 Descascaramiento


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el movimiento de la onda adelante de la superficie de contacto, entre las superficies curvas, sobrepasa a la resistencia del material al cizallamiento. Esta forma de picadura se presenta en juegos de engranajes nuevos que trabajan bajo cargas pesadas y generalmente termina cuando las superficies en contacto han sido trabajadas en frío durante el período de asentamiento o rodaje de modo que la deformación plástica se reduce.

12.8.5 RASPADURAS. Resultan de una falla momentánea de la película de aceite, causando a veces altas temperaturas locales y también un desplazamiento plástico de la superficie del metal. Estas raspaduras del material más dúctil forman un borde en la línea de contacto del engranaje impulsor. En casos graves esta línea de desgaste del metal a lo largo de las caras y flancos de los dientes del engranaje es consecuencia de cargas pesadas y película de baja resistencia para soportar la carga.

12.8.6 PEGADURA. Se trata muchas veces de un caso extremo de raspadura. En esta ocasión las temperaturas extremas son tan altas durante la falla momentánea de la película de aceite que las superficies metálicas quedan soldadas materialmente sobre las superficies en contacto. Estas partículas así soldadas en las superficies de los dientes actúan entonces rayando las superficies que casan entre los dientes, causando con ello prontas fallas en los dientes.

12.8.7 DESGASTE NORMAL Cuando los engranajes son o están correctamente diseñados, construídos y endurecidos y no operan con cargas excesivas y cuando se usa el lubricante correcto, debe ocurrir una condición conocida como “ desgaste normal “. El desgaste normal durante un largo periodo y bajo las condiciones de lubricación abundante, gradualmente alisa las superficies de deslizamiento y las endurece hasta darles un alto pulido. Al irse aceitando las superficies y endureciéndose más con el trabajo, se reduce la fricción y el desgaste hasta alcanzar una condición en donde prácticamente cesa el desgaste. Con engranajes rectos, helicoidales o cónicos, pueden verse evidencias de un uso prolongado, pero el metal ha sido laminado y pulido hasta quedar una superficie tersa y dura. Con un diseño correcto, con lubricación

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ correcta y con un metal adecuado, los engranes sinfín desarrollarán igualmente tersas y pulidas superficies tanto en el engrane de acero como en el de bronce. Una lubricación limitada pero correcta sobre los engranes hipoidales, da por resultado una superficie tersa de acabado mate que sufre relativamente poco desgaste.

Figura 12.17 Desgaste normal

CAPITULO 13

LUBRICACION DE MOTORES ELECTRICOS Y GENERADORES Todos los motores y generadores están constituidos por un rotor montado en un eje y girando en el interior de un estator. Cuanto más pequeño sea el juego entre estos miembros, tanto más eficaz será la máquina, pero, no obstante, nunca deben entrar en contacto bajo ningún concepto. Al mismo tiempo, el rotor y el estator deben ser concéntricos dentro de tolerancias muy estrechas. Por todo esto el juego del cojinete debe ser lo más pequeño posible y cualquier aumento que registre por efecto del desgaste debe mantenerse en un mínimo. Cuando se encuentran en funcionamiento, el rotor tiende a adoptar una posición axial determinada con relación al estator de tal forma que las fuerzas magnéticas que actúan sobre él son iguales. Esta posición puede no ser exactamente la misma en máquinas distintas, aún cuando están construidas de acuerdo con el mismo diseño, por lo que o bien hay que dejar margen para un desplazamiento terminal con el fin de que el rotor adopte la posición conveniente, o bien hay que diseñar los cojinetes de tal modo que soporten un empuje axial moderado. Los tipos de cojinetes y métodos de lubricación que más se utilizan son: Tipo de Cojinete Lisos Antifricción de rodillos o bolas

Método de Lubricación Lubricadores de anillo Empaque con estopa Sistema de circulación Baño de aceite Empaque con grasa

13.1 COJINETE LISO LUBRICADO POR ANILLO El lubricador de anillo es el método más común de lubricar cojinetes sencillos o lisos en motores y generadores grandes. Con este método de aplicación el

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ problema de la lubricación se facilita, si se tienen en cuenta las siguientes características de operación:

13.1.1 El lubricador de anillo es en realidad un sistema de circulación, en el que el mismo aceite se usa repetidamente durante un período de tiempo. Debido a esto se deben utilizar aceites de alta calidad que resistan el deterioro durante el servicio. 13.1.2

La cantidad de aceite suministrada por el anillo depende de varios factores, incluyendo velocidad del muñón, viscosidad del aceite, temperatura del aceite, profundidad de inmersión de los anillos en el aceite, y ancho, forma y composición de los anillos. Para cualquier cojinete en particular existe un conjunto óptimo de condiciones, y cualquier desviación apreciable de éstas da como resultado una marcada disminución en la cantidad de aceite suministrado al cojinete.

13.1.3 Aunque es permitido usar una amplia gama de viscosidades de aceites lubricantes, existe un límite superior e inferior de viscosidad crítica, más allá del cual el cojinete sufrirá carencia de aceite. Si el aceite es muy delgado, la cantidad recogida por el anillo será pequeña y lo poco que sea recogido fácilmente será despedido por la fuerza centrífuga. Si la viscosidad del aceite se disminuye más allá de un punto crítico, la fricción entre el anillo y el muñón rotativo aumenta y la velocidad del anillo disminuye con la resultante disminución en la cantidad de aceite suministrado. Si el aceite es demasiado viscoso, la resistencia en la parte del anillo sumergida en el lubricante desacelera al anillo y hace disminuir la cantidad de aceite suministrado. De acuerdo con esto se debe usar un aceite ligero para cojinetes sometidos a altas temperaturas. 13.1.4 Los cojinetes lubricados por anillo están diseñados de manera que con un aceite de viscosidad correcta para la temperatura de operación, se suministra una cantidad adecuada de lubricante para asegurar la lubricación por una película fluida. La fuerza de la película por lo general no es un factor para considerar. 13.1.5 Teniendo en cuenta que la mitad superior de un cojinete lubricado por anillo está ranurada para permitir que el anillo descanse en el cigüeñal, y también porque el aceite debe ser surtido en la parte superior, este tipo de cojinetes opera mejor cuando la dirección de la carga es hacia abajo. Una causa común de sobrecalentamiento o falla de cojinetes lubricados por anillo son las tensiones fuertes laterales o hacia arriba

CAPITULO 13 : LUBRICACION DE MOTORES ELECTRICOS Y GENERADORES ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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ocasionadas por la banda. Bajo estas condiciones, debe recomendarse un aceite más viscoso. 13.1.6 Fuerzas eléctricas no balanceadas, resultantes de espacios desiguales llenos de aire entre el rotor y el estator, o de estar el rotor descentrado con respecto al estator, pueden producir cargas sobre los cojinetes o empujes longitudinales excesivos. Esta condición es causada por desgaste o desalineamiento y debe ser investigada cuando se presenten altas temperaturas de cojinetes sin explicación aparente. Las fuerzas eléctricas no balanceadas deben corregirse, pero hasta que esto pueda hacerse es conveniente usar un aceite más viscoso del que normalmente se usaría. 13.1.7 Otra fuente de dificultades de lubricación en el equipo eléctrico, que es independiente del lubricante usado, es la corriente eléctrica desviada. Cuando ésta es de suficiente intensidad, forma un arco a través de la película de aceite, entre el muñón y el cojinete y quema el aceite. Esto se manifiesta por una mancha negra en el aceite y la presencia de finas partículas de carbón. Para corregir tal defecto es a menudo necesario aislar la caja del cojinete o pedestal, del marco, de manera que las corrientes eléctricas desviadas no pasen entre el cojinete y el muñón.

Figura 13.1 Cojinete liso lubricado por anillo

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13.2 COJINETE LISO EMPACADO La aplicación de lubricante por medio de estopa saturada en aceite, generalmente se limita a pequeños motores eléctricos. Este es un método sencillo y efectivo de lubricación siempre que se logre tener presente una cantidad adecuada de aceite y que su viscosidad sea correcta para las condiciones de operación.

13.3 COJINETES DE BOLAS Y RODILLOS Este tipo de cojinetes satisface mejor que el cojinete liso el requisito de juego pequeño, desgaste reducido, lubricación poco frecuente, etc. En efecto, la mayoría de los motores y generadores eléctricos que hoy se construyen emplean cojinetes de bolas. Son diseñados ya sea para lubricación por grasa o por aceite. El lubricante debe ser de alta calidad para proteger las superficies altamente pulidas contra la corrosión. En general las recomendaciones dadas para cojinetes antifricción pueden tenerse en cuenta. Para la selección del lubricante adecuado pueden utilizarse así mismo los métodos dados en cojinetes antifricción.

Figura 13.2 Cojinete a bolas lubricado por aceite

CAPITULO 13 : LUBRICACION DE MOTORES ELECTRICOS Y GENERADORES ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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13.4 SISTEMA DE CIRCULACION Este método emplea una bomba para suministrar el lubricante a los rodamientos del motor. Su mayor campo de aplicación está en grandes motores montados en posición vertical.

Figura 13.3 Lubricación por circulación

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13.5 REDUCTORES DE VELOCIDAD Los reductores de velocidad motorizados o "motorreductores", consisten en motor eléctrico y un reductor de velocidad incorporados como una unidad tegral. El motor a menudo está lubricado independientemente del reductor velocidad aunque en algunos diseños el cojinete del motor adyacente reductor está lubricado por aceite de la caja del reductor.

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En las diferentes marcas y modelos de reductores de velocidad que hay en el mercado se emplea una gran variedad. Esto incluye engranajes planetarios, cónicos, helicoidales, de tornillo sin fin, o transmisiones de fricción de velocidad variable de diferentes tipos. Los requerimientos de lubricación van desde un aceite SAE 10W para algunas marcas de transmisiones de fricción hasta SAE 140 para tornillo sin fin. Algunos reductores de tipo friccional requieren lubricación de cojinetes solamente, sin ningún lubricante para la transmisión misma. Debido a la amplia variación en los requerimientos de lubricación de los diferentes modelos, no se pueden hacer recomendaciones rígidas. En la mayoría de los casos las instrucciones del fabricante sobre lubricación permitirán la selección de un aceite o grasa adecuada. Cuando no se dispone de la información anterior se pueden seguir las recomendaciones siguientes dentro de operación normal: Aceite SAE 140, mineral o compuesto, para lubricación de tornillo sin fin. Aceite mineral SAE 20W o SAE 30 para engranajes planetarios. Aceite mineral SAE 40 para engranajes rectos, cónicos o helicoidales. Aceite mineral SAE 10W para tipos fricciónales.

CAPITULO 14

LUBRICACION DE CADENAS, CABLES, Y ACOPLES Las cadenas, cables y correas son empleadas como elementos movibles para la transmisión de potencia.

14.1 CADENAS DE TRANSMISION Y DE TRANSPORTE Los principales tipos son los siguientes: de rodillos y de dientes invertidos o silenciosas. Una cadena de rodillos tiene dos clases de eslabones: de rodillos y de pasadores. Están montados alternativamente en toda la longitud de la cadena. Las cadenas de rodillos se identifican por las tres dimensiones: paso, ancho y diámetro de los rodillos (ver figura).

Figura 14.4

El término de cadena silenciosa ha sido adoptado para describir el tipo de cadena con eslabones de dientes invertidos. Este tipo de cadena de precisión es una serie de eslabones dentados enlazados alternativamente sobre

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ pasadores. Los extremos de los eslabones dentados engranan con las caras de los dientes alternos de las ruedas (ver figura). Puesto que las cadenas son realmente una serie de cojinetes, la lubricación es esencial para reducir el contacto metal-metal de las uniones bujes-pasadores de la cadena. En la figura se muestra una sección transversal de una cadena de rodillos con las holguras muy exageradas para poder ver el flujo de lubricante requerido. Para las silenciosas es muy similar. El tipo de lubricante depende del servicio, protección, velocidad, carga, tolerancias y extensión de la articulación. La velocidad y la carga deben estudiarse juntas porque envuelven la frecuencia de los choques que se presentan al engranar un eslabón con el diente; a mayor velocidad mayor es la frecuencia del choque de cada eslabón. En una cadena que lleva alta velocidad existe mayor probabilidad para que el lubricante sea expulsado. Los lubricantes más pesados penetran menos rápidamente que los livianos; luego es preferible una lubricación más frecuente que el uso de un aceite viscoso. El desgaste se puede presentar cuando la cadena pasa a través de los dientes del piñón. Las cadenas expuestas requieren lubricantes más pesados con cualidades adhesivas que les permitan resistir el efecto de la fuerza centrífuga que tiende a arrojarlos; si están expuestos a polvo, agua o vapores químicos, deben tener además de propiedades adhesivas, propiedades penetrantes. Cualquier cadena donde se presente contaminación del lubricante debe ser limpiada periódicamente para remover el lubricante viejo y cualquier acumulación de material en las superficies y en las tolerancias. La siguiente tabla muestra los lubricantes recomendados para diferentes temperaturas: Intervalo de Temperaturas -6.6 a 4.4 oC 4.4 a 37.7 oC 37.7 a 48.9 oC 48.9 a 60 oC

Tipo de Lubricante SAE 20 SAE 30 SAE 40 SAE 50

La lubricación de cadenas se puede hacer por los siguientes métodos:

CAPITULO 14 : LUBRICACION DE CADENAS, CABLES Y ACOPLES ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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14.1.1 Lubricación Manual. El aceite se aplica periódicamente con una brocha o con una aceitera, de preferencia una vez cada ocho horas de funcionamiento. El volumen y la frecuencia deben ser suficientes para prevenir la decoloración del lubricante en las uniones de la cadena. 14.1.2 Lubricación por Goteo. Las gotas de aceite se dirigen directamente entre los bordes de las placas de eslabón por medio de un lubricador de goteo. El volumen y la frecuencia deben ser suficientes para prevenir la decoloración del lubricante en las uniones de la cadena. Deben tomarse precauciones contra la dirección equivocada de las gotas por el viento. 14.1.3 Lubricación por Baño o por Disco. Con una lubricación por baño el tramo inferior de la cadena corre a través de un colector de aceite en el alojamiento de la transmisión. El nivel del aceite debe alcanzar la línea del paso de la cadena en su punto inferior mientras está funcionando. Con la lubricación por disco, la cadena funciona por encima del nivel del aceite. El disco recoge aceite del colector y lo deposita sobre la cadena, usualmente por medio de un canal vertedor.

Figura 14.2

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Figura 14.3

14.1.4 Lubricación por Corriente de Aceite. El lubricante se proporciona generalmente con una bomba circulante capaz de suministrar a cada transmisión de cadena una corriente continua de aceite. El aceite debe ser aplicado al interior de la cadena y uniformemente a través de su ancho y dirigido al tramo inferior.

14.2 LUBRICACION DE CABLES Se emplean en una gama muy variada de máquinas y procesos industriales. Aparte de sus aplicaciones más conocidas para elevar pesos y atar bultos, también se utilizan en la transmisión de potencia; como elementos de tensión, tanto en estructuras temporales como permanentes (por ejemplo, puentes colgantes); en los transportes aéreos; en los ascensores y montacargas, y en la perforación de pozos petrolíferos.

Figura 14.4 Colchado normal


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Figura 14.5

Se fabrican muchos tipos de cables, pero en líneas generales, estos pueden reunirse en los tipos fundamentales siguientes: cables de alma de fibra y de alma de acero. Están constituidos por torones dispuestos alrededor de un alma de fibra o de alambre y se designan por números, como por ejemplo, 6x7, en los que la primera cifra indica el número de torones del cable y la segunda el de alambres en cada torón (ver figura). En la mayor parte de los cables, los alambres que los constituyen se retuercen en un sentido para formar los distintos torones y cada uno de estos se dispone alrededor del núcleo en el sentido opuesto, que suele ser el de las manecillas del reloj. Se dice que este cable es de colchado dextrógiro. Aquellos en los que

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ los torones se disponen en el mismo sentido que el de los alambres, se conocen con el nombre de colchado Lang. Un cable de colchado dextrógiro ofrece más resistencia al aplastamiento y al retorcimiento que otro de colchado Lang, pero este último ofrece una mayor resistencia a la fatiga y permite prolongar la vida del cable en aquellos casos en que los alambres exteriores están sometidos a un desgaste abrasivo extremo, debido a que la longitud del alambre sobre la que se registra este desgaste es mayor.

Figura 14.6

Cuando los cables se doblan al pasar por carretillas o poleas, existe fricción entre los diversos alambres. Al menos que esté presente algún lubricante, el desgaste será muy rápido. Hay dos distintas fases de la lubricación, una de las cuales es la aplicación del lubricante durante el proceso de fabricación, y la otra es la lubricación en el servicio real.


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El objeto de aplicar un lubricante durante su fabricación es proteger al núcleo para que no se seque y se deteriore, y proporcionar lubricación a las trenzas de alambre internas cuando el cable esté en servicio. Una vez que el suministro original de lubricante en el núcleo se acaba, es necesario depender enteramente de las aplicaciones externas si se desea reducir al mínimo el desgaste del cable. Cuando el núcleo de fibra es inicialmente instalado, es elástico, pero después de un período corto de tiempo se comprime a una fracción de su volumen original y en este estado no absorbe fácilmente el lubricante de cualquier tratamiento exterior.

14.2.1 Aplicación del Lubricante. Las características del lubricante que se usa cuando un cable está en servicio dependen de las condiciones de operación, y del método de lubricación. Antes de que el lubricante preste un servicio útil, debe penetrar perfectamente entre los hilos trenzados. Los tratamientos que solo recubren la parte de afuera no reducirán la fricción interna. Después de ser aplicado, el lubricante debe quedar entre las trenzas sin caerse rápidamente. Los aceites residuales pesados generalmente se usan para este servicio en los casos en que es posible calentarlos para aplicarlos. Cuando están calientes, estos productos se vuelven lo suficientemente delgados para penetrar fácilmente entre las cuerdas. Después de enfriarse, recuperan sus propiedades originales y proporcionan una película tenaz y duradera. Los cables en muchas industrias operan en áreas expuestas durante los extremos de temperatura de invierno y verano. Por lo tanto, el lubricante debe ser de una resistencia especial al agua, suave bajo condiciones de baja temperatura y lo suficientemente adhesivo para permanecer en el cable en las altas temperaturas de verano. Cuando las cuerdas de alambre en movimiento se doblan al pasar por las poleas, hay movimiento relativo entre las trenzas adyacentes y la presión sobre estas es sumamente grande. Esta es una de las principales causas de desgaste por fricción. Aunque los aceites minerales puros comúnmente usados como lubricantes de cables proporcionan cierto grado de protección contra este tipo de desgaste, los lubricantes de extrema presión, y en especial los que tienen propiedades inhibidoras de herrumbre, proporcionan resultados muy superiores. Cuando la vida del cable se considera indebidamente corta o se desea aumentar la vida existente, deben recomendarse aceites de presión extrema. El método más efectivo de aplicar lubricantes viscosos a los cables es pasando el cable a través de un baño de lubricante caliente. A veces la disposición es tal que esto no es posible excepto antes de instalar un cable nuevo. En tales casos

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ el lubricante caliente se puede vaciar sobre el cable conforme este pase por la polea, y el exceso se puede limpiar con un trapo. Otro método efectivo es por medio de una caja o recipiente seccionado que se puede insertar y sujetar en su lugar alrededor de un cable vertical. La caja seccionada se llena con estopa empapada con lubricante caliente y el cable al pasar a través de ella, recoge el lubricante. Otro método sencillo consiste en aplicar el lubricante caliente por medio de una brocha de modo que penetre perfectamente entre las trenzas del cable. Antes de proceder a la lubricación de un cable este debe estar perfectamente limpio y seco. Para la limpieza se pueden emplear cepillos de alambre y trapos empapados con kerosene, gasolina o fluidos desengrasantes. Estos últimos sólo deben aplicarse en cantidades mínimas, ya que, de lo contrario, existe el peligro que disuelvan y arrastren el lubricante que se encuentra en el interior del cable. La aplicación de solventes muy volátiles debe hacerse en recintos abiertos o con ventilación suficiente.

14.3 LUBRICACION DE CORREAS Las correas se emplean tanto en la transmisión de potencia como en los sistemas de transporte. Las correas trapezoidales no requieren lubricación. Las correas planas pueden ser de cuero o de lona. Para correas de cuero los lubricantes más apropiados son: aceite de pie de buey, mezcla de aceite de pie de buey y aceite de cebo en proporción de 1:2. Los aceites minerales pudren las correas de cuero. Algunas veces se emplean correas transportadoras de acero que no precisan ninguna lubricación, pero deben mantenerse siempre secas para evitar la corrosión y, por tanto cualquier indicio de herrumbre debe eliminarse de inmediato.

14.4 ACOPLAMIENTOS FLEXIBLES Se utilizan para unir dos ejes. Los tipos más comunes son: acoplamientos de diente de engranaje o acoplamientos de engranaje, acoplamientos de bloque y garras, acoplamientos de resorte de serpentín plano, acoplamientos de cadena flexible, acoplamientos de disco metálico y acoplamientos de disco metálico y eje flotante. Algunos de estos acoplamientos se muestran más adelante. La probable existencia de un grado de desalineación entre los ejes causa un considerable movimiento relativo entre las superficies que establecen contacto


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y en consecuencia es necesario un lubricante para reducir la fricción de dichas superficies y eliminar el calor generado. Para la lubricación de acoples de engranaje, por regla general se necesita un aceite cuya viscosidad es 100 a 250 SSU a la temperatura de operación. Cuando la temperatura ambiente es normal, pero se desconoce la de funcionamiento, puede partirse del supuesto que la temperatura de 100 oC es bastante adecuada, por cuya razón debe emplearse un SAE 140 o un AGMA 7 u 8. Para trabajo liviano un aceite de turbina es suficiente, pero para cargas elevadas o desviaciones grandes debe emplearse un lubricante para engranajes EP. Existen algunos acoplamientos de engranajes especialmente diseñados para lubricación por grasa, ya que estos no favorecen la retención del aceite durante su funcionamiento. Debe emplearse grasa adhesiva NLGI No 0 o 1, a la que se añade naftenato de plomo (EP). Para la lubricación de acoples de cadena flexible se emplea grasa 1 o 2 o aceite SAE 20 o 40 si puede ser retenido. No deben emplearse aceites demasiado viscosos para prevenir el sobrecalentamiento. Para los acoples de resorte serpentín una grasa 1 o 2 para cojinetes de bolas da buen resultado. En el caso de los acoplamientos de Oldham, cuando el miembro central está construido de caucho no se requiere lubricación (cargas ligeras), pero si el miembro central está construido de acero (cargas altas) se debe utilizar un lubricante. El sistema de lubricación para estos acoples puede ser por salpicadura o aspersión, pero el más corriente es la lubricación del miembro flotante mediante dispositivos llenos de grasa o de aceite. Se utiliza un aceite bastante viscoso (SAE 140) o una grasa NLGI 2 para cojinetes de bolas.

14.4.1 Consideraciones Generales. Para la renovación de lubricante en servicios ligeros, ésta puede hacerse cada dos años. Cuando la temperatura de funcionamiento es alta el plazo de renovación puede disminuir hasta tres meses. Conviene lavar muy bien el acople antes de proceder a su lubricación. Cuando el funcionamiento es a bajas temperaturas el aceite debe ser más o ligero, un SAE 70 con una viscosidad mínima de 40 SSU a 210 F o bien un aceite para automóvil SAE 5W-20 o SAE 10W-30. Para estas temperaturas bajas la grasa da muy buenos resultados, especialmente en acoples de tipo engranaje.

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Para servicios corrientes suele emplearse un aceite mineral o una grasa lubricante normal. Cuando el grado de desalineación es elevado se logra una lubricación adecuada entre las superficies de contacto con un aceite del tipo EP moderada. Los acoplamientos que giran a velocidades excepcionalmente altas pueden necesitar lubricante EP para combatir el desgaste o la fatiga superficial producida por las oscilaciones, aún cuando el grado de desalineación sea pequeño.

Figura 14.7 Tipos de acoples flexibles

CAPITULO 15

LUBRICACION DE MOTORES A GASOLINA DE CUATRO TIEMPOS

Es la fuente de energía autónoma más importante del mundo, tanto en lo que se refiere al número de unidades como a la potencia total desarrollada por las mismas. Por regla general, este motor se emplea en la gama de potencias de 15 a 200 HP, aunque también se construyen motores pequeños de 1 HP, que compiten con el motor de dos tiempos, tanto en potencia como en aplicaciones, así como motores de elevada compresión que desarrollan potencias de 3.000 HP o más, empleados en aviación y marina. Es la máquina motriz más económica y ligera hasta potencias de 500 HP, pero por encima de estas, es desplazado por la turbina a gas.

Figura 15.5 Motor de cuatro tiempos

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Figura 15.2 Partes internas del motor de cuatro tiempos 1. cilindro 2. camisa húmeda que forma el cilindro 3. anillo de sujeción de la camisa 4. cárter del motor 5. soportes del cigüeñal 6. cojinetes con casquetes para el cigüeñal 7. volante 8. cigüeñal 9. sombreretes de cabeza de biela 10. cojinetes de cabeza de biela

11. biela 12. casquete de pie de biela 13. anillo de lubricación 14. anillo de compresión 15. anillo de fuego 16. clip para sugetar el bulón 17. bulón 18. pistón C apoyos del cigüeñal

CAPITULO 15 : LUBRICACION DE MOTORES A GASOLINA DE CUATRO TIEMPOS ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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15.1 SISTEMAS DE LUBRICACION En casi todos los tipos de motores a gasolina, el sistema de lubricación se basa en la alimentación a presión de los cojinetes importantes, auxiliada, en grado considerable por el salpique. Los cojinetes principales siempre se alimentan a presión, mientras que las cabezas de biela pueden alimentarse a presión, mediante pasos taladrados en el cigüeñal, o disponerse de tal modo que se sumerjan en el aceite del depósito, lubricándose como consecuencia de la salpicadura resultante y, en algunos casos, empleando además, chorros cuidadosamente dirigidos que proceden de la descarga de la bomba. Los bulones del pistón casi siempre se lubrican por salpicadura, excepto en el caso de unos cuantos motores de elevada potencia que toman aceite de las cabezas de biela, a través de un paso taladrado en éstas. Aún aquí, el objetivo principal no es tanto el de lubricar el bulón como el de enfriar el pistón, mediante aspersión del lubricante en su interior. Las paredes del cilindro siempre se lubrican por las salpicaduras del lubricante provocadas por las cabezas de biela, cuando estas se sumergen en el aceite o por aquel que sale por los extremos de las cabezas de biela lubricadas a presión. Los cojinetes, los ejes de levas y las válvulas se suelen lubricar generalmente por el aceite bombeado hasta la parte superior del motor y que desciende otra vez al depósito por gravedad, lubricando a su paso, los distintos puntos con los que entra en contacto. El aceite que suministra normalmente una bomba de engranajes de toma directa, desde un depósito de aceite en el fondo del cárter, se dirige a una galería de presión desde la cual se alimentan los cojinetes principales por conductos individuales. La bomba siempre tiene un exceso de capacidad para compensar el aumento de la demanda como consecuencia del desgaste experimentado en los cojinetes y la disminución de la eficacia que resulta del desgaste de la bomba. Por consiguiente, se monta una válvula de seguridad para que el lubricante en exceso vuelva otra vez al depósito o a la aspiración de la bomba. La lubricación de la parte superior del cilindro se logra por la diferencia de presión existente entre el múltiple de admisión y el vástago impulsor y su guía. El aceite penetra a las cámaras y lubrica los segmentos superiores del pistón, que normalmente están sometidos a las condiciones de calor y presión más elevadas y reciben la menor cantidad de aceite desde la parte inferior del mismo. En algunos motores el vapor de aceite que procede del respiradero del cárter se lleva a la tubuladura de aire para contribuir a ésta lubricación.

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Figura 15.3 Esquema de lubricación de un motor a gasolina de cuatro tiempos

15.2 NIVEL DE ACEITE Aunque la bomba toma el aceite en forma independiente y sin que le afecte dicho nivel, la cantidad de aceite consumido durante el trabajo normal del motor disminuye la reserva del cárter, la temperatura del aceite aumenta y en consecuencia su viscosidad disminuye. Además, el manejo por carreteras de frecuente desnivel dejaría la bomba sin aceite durante períodos intermitentes de tiempo.

15.3 VENTILACION, FILTRADO y CAMBIO DE ACEITE En todos lo motores durante el tiempo de compresión, se pierde a través de los anillos una pequeña cantidad de gases, cuya gasolina pasa al cárter y diluye el aceite. Durante la explosión y escape pasan productos de la combustión y como al quemarse cada litro de gasolina produce aproximadamente un litro de agua, pasará al cárter una buena cantidad de esa agua. Mientras el motor esté caliente, el agua se mantiene en forma de vapor; pero al arrancar o corriendo con motor frío, el vapor se condensa y acaba por emulsionarse con el aceite, perdiendo cualidades lubricantes. Después al tener el motor parado y enfriarse el aceite, el agua se separa y se va al fondo y cuando se arranca de nuevo, la bomba recoge gran proporción de agua sucia, que enviada a los conductos de


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lubricación, provocaría graves daños en los cojinetes cuando mejor lubricación necesitan. Por otra parte, la oxidación del aceite produce partículas de carbón y residuos que obligan a restituir el aceite. Todo lo anterior se puede corregir mediante tres procedimientos: ventilación del cárter, filtrado del aceite y cambio periódico del aceite. Los períodos de cambio de aceite varían mucho según el tipo de aceite y las condiciones de funcionamiento del motor. Generalmente se efectúa entre 1.500 y 3.000 km de recorrido, pero mediante el uso de aceites SG o SH el período de cambio puede prolongarse hasta 6.000 km. La temperatura óptima del aceite en el cárter está o o entre 80 C y 90 C.

Figura 15.4 Circulación completa en el filtrado de aceite

Cuando un lubricante de base parafínica se utiliza para rellenar el cárter de un motor que contiene aceite de base asfáltica deteriorado, se forman barros de aspecto negro (brea) inseparables y perjudiciales. Nunca deben mezclarse en un motor aceites de tipos diferentes o desconocidos sin antes vaciar el sistema y volverlo a llenar. Cuando se utilizan aceites de alta detergencia una vez efectuado el cambio de aceite, éste puede tomar en muy corto tiempo un color oscuro, lo cual no debe

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ ser motivo de alarma y todo lo contrario indica que el aceite cumple eficazmente su función detergente.

15.4 PRESION DE ACEITE La presión que corresponda al funcionamiento satisfactorio del motor será distinta según el diseño y las condiciones de éste. Partiendo de consideraciones teóricas confirmadas por ensayos prácticos, sabemos que la presión de descarga del aceite es igual a KVN, en la que K es una constante de cada motor, V una función del flujo en litros/minuto y N una función de la viscosidad. De lo anterior se deduce que si el flujo o la viscosidad o ambos factores a la vez, aumentan o disminuyen, lo mismo hará la presión. En otras palabras, la presión varía en forma directa con la velocidad de flujo y la viscosidad y en forma inversa con la temperatura. La presión variará en relación directa con la velocidad del motor e inversa con alguna función del aumento experimentado por los juegos del cojinete y de la bomba como consecuencia del desgaste. También influye el cambio en los conductos de lubricación por formación de lodos y depósitos. En consecuencia, un aumento de la presión, no presupone aumento del flujo de aceite a los cojinetes y viceversa. Las fluctuaciones en las lecturas del manómetro pueden indicar bajo nivel de aceite en el cárter, ventilación excesiva del cárter, viscosidad inadecuada, válvula de seguridad atascada, bomba defectuosa, etc. La presión alta se debe generalmente a la válvula de seguridad atascada o un aceite demasiado oxidado y en consecuencia muy viscoso. La presión baja se puede deber a sobrecalentamiento del motor y en consecuencia pérdida de la viscosidad, excesiva dilución del aceite, atascamiento del filtro de aspiración de la bomba, juego excesivo de los cojinetes, atascamiento de la válvula de seguridad (abierta), bomba defectuosa, etc. Si la presión del aceite se encuentra por debajo del valor tarado a la válvula de seguridad de la bomba, es casi seguro que algunos de los puntos que requieren lubricación están recibiendo una cantidad insuficiente de aceite y, en este caso, hay que acelerar el motor o de lo contrario si no se restituye la presión hay que parar el motor.


199

15.5 TIPO DE ACEITE El aceite debe seleccionarse respetando las indicaciones del fabricante en cuanto a su viscosidad según la temperatura ambiente y el diseño del motor. En cuanto a la calidad del aceite, este debe cumplir los requerimientos de la clasificación API.

15.6 FCTORES DE OPERACIÓN Y FALLAS PROBABLES 1.

BAJAS TEMPERATURAS EN EL MOTOR Tiempo frío Arranque y paradas Sobre-enfriamiento

2.

RESIDUOS DE LA COMBUSTION Gasolina sin quemar Sales de plomo Carbón (hollín) Agua Gases complejos (muchos de los cuales son corrosivos)

3.

CONTAMINANTES MISCELÁNEOS Polvo de la atmósfera y suciedades Cenizas de fábricas Arena de fundición Inevitables partículas metálicas del desgaste

4.

ALTAS TEMPERATURAS DEL MOTOR Operación a alta velocidad. Tiempo caluroso Enfriamiento insuficiente Aceite insuficiente

5.

ALTAS PRESIONES Diseños de altas presiones. Desaliniamiento Severo desgaste de cojinetes.

200


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Los siguientes factores no se pueden atribuir fácilmente a los puntos anotados anteriormente; los principales son: 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Tipo incorrecto de aceite. Aceite en servicio por mucho tiempo. Asentamiento incorrecto. Ventilación deficiente del cárter. Sistemas de admisión o ignición defectuosos. Desgaste Mantenimiento inadecuado del filtro de aire.

Figura 15.5


201

15.7 PERIODO DE RODAJE Aunque todo motor se somete en fábrica a un período de rodaje, debe sin embargo tratarse con sumo cuidado durante las primeras 50 o 100 horas de trabajo iniciales. Los períodos de rodaje para automóviles y motores estacionarios se dan a continuación:

PERIODO DE RODAJE DE UN AUTOMOVIL Hasta 500 km no debe pasarse del número de revoluciones equivalente a 50 km/hr en directa. A continuación se debe cambiar el aceite y el filtro. Para los siguientes 1.000 km se aumenta el número de revoluciones hasta el equivalente a 80 km/hr en directa. A continuación se debe cambiar el aceite. Para los siguientes 1.500 km se aumenta el número de revoluciones al equivalente a 110 km/hr en directa.

PERIODO DE RODAJE DE MOTORES ESTACIONARIOS Hasta 25 horas no debe pasarse de la tercera parte de la carga a dos tercios de la máxima velocidad. A continuación se cambia el aceite y el filtro. Para las siguientes 50 horas se aumenta a tres cuartos de la máxima potencia a la velocidad máxima. A continuación se cambia el aceite. Para las siguientes 50 horas se aumenta a la velocidad y potencia máximas.

15.8

ECONOMÍA EN COMBUSTIBLE Y ACEITE

Los hábitos de manejo influyen considerablemente en el consumo de gasolina, los arranque violentos, el frenado en el último momento, la excesiva operación en marcha lenta, la operación con contínuas paradas y arranques son algunos de los factores. Los factores más críticos en relación con el consumo de aceite son: fugas mecánicas, operación a altas velocidades, asentamiento incorrecto y orificios para drenado de aceite del pistón obstruídos.

202


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ En las siguientes gráficas se dan algunos datos importantes:

Figura 15.6 Efecto de la velocidad sobre el consulo de aceite. Entre 90 y 100 km/h el consumo de aceite es aproximadamente 4 veces mayor que a 50 km/h.

Figura 15.7 Consumo comparativo de gasolina y aceite. Datos computados de miles de autos y camiones

CAPITULO 16

LUBRICACION DE MOTORES A GASOLINA DE DOS TIEMPOS Los motores a gasolina de dos tiempos son muy adecuados para todas aquellas aplicaciones en que el motor debe ser ligero y, a la vez, de construcción robusta. Entre las principales aplicaciones de estos motores están las siguientes: unidades generadoras de energía portátiles, motocicletas, tractores pequeños, motores fuera de borda, automóviles, etc.

Figura 16.1

LUBRICACION INDUSTRIAL : NESTOR GOODING GARAVITO 204 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

Figura 16.2

Figura 16.3

CAPITULO 16 : LUBRICACION DE MOTORES A GASOLINA DE DOS TIEMPOS ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

1. lumbreras en el cilindro 2. bujía 3. culata desmontable 4. anillos 5. lumbreras en el pistón 6. cigüeñal 7. apoyo del cigüeñal 8. piñón de transmisión por cadena al embrague 9. cadena entre 8 y 11 10. cárter de embrague 11. embrague 12. apoyo intermedio del cigueñal

205

13. palier 14. cárter del diferencial 15. corona del diferencial 16. diferencial 17. eje del cambio 18. cárter del motor 19. d.inamo-arranque 20. cárter de la dínamo 21. apoyo del cigüeñal 22. biela 23. bloque de cilindros 24. camisas de agua

16.1 METODOS DE LUBRICACION La lubricación se lleva a cabo con aceite mezclado con gasolina en la proporción de 80 cm3/lt. Una vez que el combustible se ha evaporado en el carburador, el aceite pasa con él al cárter en forma de gotas muy pequeñas y se deposita allí en forma de película en todas las superficies interiores lubricando los cojinetes principales, los cojinetes de cabeza de biela y la parte inferior de las paredes del cilindro. El aceite se acumula en el cárter hasta que todas las superficies están cubiertas y el exceso pasa a la cámara de combustión, donde también recubre todas las superficies, lubricando la parte superior del alma del cilindro y quemándose con la gasolina, durante la carrera de expansión. Cuando se emplean cojinetes lisos, a veces resulta difícil lograr que el aceite penetre adecuadamente entre las superficies y por esta razón dichos cojinetes suelen ser bastante estrechos en proporción a su diámetro. Con el objeto de facilitar esta penetración se emplean algunos medios, tales como el taladrado de los cigüeñales, a través de los cuales pasa el vapor extraído del carburador y la realización de cortes en la zona no sometida a carga. Sin embargo, las condiciones de lubricación en el caso de cojinetes de bolas son casi ideales, y en consecuencia se emplean extensamente. Por regla general la cabeza de biela va provista de rodillos que circulan entre el muñón endurecido del cigüeñal y la biela, pero no se emplean pistas independientes. En ocasiones se montan jaulas de rodillos partidos, pero por regla general, se utilizan rodillos sueltos. El dispositivo que goza de mayor favor en lo que se refiere al diseño de los cojinetes del cigüeñal es un cojinete de bolas de ranurado profundo que se emplea para la fijación y un cojinete liso de rodillos para permitir la expansión axial. Debido a su mayor capacidad de carga, el cojinete de rodillos se ajusta normalmente en el extremo del eje donde éste toma la potencia. Para ahorrar peso y espacio, se suelen emplear pistas exteriores separadas, pero las interiores se practican directamente en el cigüeñal. Cuando se emplean los cojinetes de bolas y rodillos, es preciso recurrir a una forma de cierre para mantener la presión de barrido en el cárter.


Las condiciones de lubricación del cilindro de un motor de dos tiempos son más severas que en uno de cuatro tiempos. Esto se debe a que no existe principalmente una carrera de vacío (la de escape) que permite que el aceite se redistribuya cómodamente por las paredes del cilindro, y otro factor es que las lumbreras interrumpen la película de lubricante en la camisa. Como resultado de esto, encontramos que los motores de dos tiempos suelen acusar un mayor grado de desgaste en el cilindro. Los motores de dos tiempos pueden ser del tipo vertical, horizontal o en V. En motores grandes (marinos) se suele adoptar el diseño con cruceta, al igual que en los motores de cuatro tiempos, utilizando una lubricación separada para cilindros y cigüeñal. Los motores de dos tiempos suprimen el anillo de control de aceite, pues no es necesario impedir que el aceite de deslice a lo largo del émbolo. Con tres o cuatro anillos lisos de compresión hay más que suficiente para evitar el escape del gas de compresión y garantizar la transferencia de calor entre el pistón y las paredes del cilindro.

16.2 PROBLEMAS EN LA LUBRICACION El aceite empleado debe poseer buenas propiedades lubricantes y quemarse en la cámara de combustión sin dejar residuos indeseables. La gran mayoría de los motores están diseñados para trabajar con gasolina de un número de octano de 70, preferiblemente exenta de plomo . El tetraetilo de plomo produce depósitos de plomo metálico, y si estos se forman en las bujías producen el fallo completo del motor. El plomo produce también corrosión en los elementos del cárter. Para motores de elevada compresión, si se emplean aditivos metálicos en el aceite, se producen depósitos metálicos al descomponerse el aditivo lo cual no es deseable. Los aditivos empleados deben ser específicos para estas aplicaciones. En algunos casos, aunque la proporción de aceite y gasolina sea la normal, se presentan depósitos en las bujías, lo cual generalmente se soluciona utilizando una bujía caliente. Esta proporción varía de 1 a 16 cuando el motor funciona normalmente con compresión pequeña y de 1 a 10, cuando marcha 3 continuamente a plena carga o con sobrecarga. La proporción de 80 cm de


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aceite SAE 40 por litro de gasolina (1 a 12) es una mezcla adecuada cuando no se conocen otros datos. Cuando la mezcla se realiza en el depósito de gasolina del motor, se introduce primero la gasolina y luego el aceite tratando de agitar el contenido. Los aceites de base parafínica no son muy volátiles y dejan depósitos pegajosos y tenaces en el cilindro, pero conservan las propiedades lubricantes. Los aceites nafténicos tienen características inversas. Combinando estas características se pueden obtener aceites en el comercio los cuales si es preciso, contienen aditivos. Resumiendo los problemas básicos de los motores de dos tiempos relacionados con su lubricación, estos se pueden presentar en los siguientes grupos:

16.2.1 Calaminado . Es la formación de depósitos duros y ricos en carbono, en diferentes partes del motor. Estos depósitos se localizan principalmente sobre las siguientes partes del motor: 16.2.1.1

La bujía, donde aparte de la formación de "perlas" o "hilos" se aglomeran depósitos que son causa de averías.

16.2.1.2 La culata, donde al depositarse aquellos dificultan la evacuación de calor lo que repercute sobre el rendimiento del motor y sobre la propia bujía. 16.2.1.3 Altos del pistón, donde los depósitos perturban la irradiación de calor, facilitan el autoencendido y, al aumentar la temperatura de la zona, contribuyen al engomado de segmentos. 16.2.1.4 La lumbrera de escape que al tener depósitos en ella y reducir su sección, dificulta la evacuación de gases quemados y disminuye el rendimiento del motor. 16.2.1.5 La tubería de escape y el silenciador, donde se producen los mismos efectos que se indicaron anteriormente para la lumbrera de escape.


16.2.2 Factores que Influyen en el Calaminado En la producción de esta calamina o depósitos residuales, tienen influencia el aceite, el carburante, la relación de mezcla aceite-gasolina, el propio diseño del motor y las condiciones de utilización. 16.2.2.1 Los aceites no solo influyen por la cantidad de depósitos, sino por su naturaleza más o menos pulverulenta o granulosa que modifica su facilidad de evacuación por el escape. Un SAE 10W dejará menos residuos que un SAE 50, pero sin embargo no dará una película que nos pueda garantizar que no se produzca agarrotamiento del pistón. Por ello un aceite SAE 30 con alto índice de viscosidad natural, es la solución intermedia. Si empleamos los mismos aditivos clásicos que para los motores de cuatro tiempos, estos tienen muchas sales organo-metálicas con tendencia a la producción de cenizas al quemarse en la cámara de combustión juntamente con la gasolina. Por ello existen aditivos especiales sin producción de cenizas que se emplean específicamente para los aceite 2 T. 16.2.2.2 La influencia del carburante se centra principalmente en la existencia de algunas gasolinas con aditivos a base de etilos de plomo para aumentar su índice de octano y con él su poder antidetonante. Esta inclusión de etilos de plomo, en el motor de dos tiempos, contribuye grandemente a la producción de los problemas antes enumerados. 16.2.2.3

El diseño del motor influye naturalmente, tanto por la concepción, sección y disposición de las lumbreras de admisión y escape, como por la planificación de los cilindros. Por ejemplo, los cilindros con revestimiento fino de cromo tienen menos tendencia a la producción de depósitos, y sus plazos de calaminado son más largos que en los cilindros clásicos de fundición que se prestan mejor a la retención de residuos carbonosos. Otros órganos cuya planificación influye notablemente en los problemas clásicos de estos motores son la tubería de escape y los silenciadores.

16.2.3 Fallos en las bujías. Puede considerarse que el problema de mayor importancia en estos motores, es la formación de "perlas" o "hilos" entre los electrodos, que impiden la formación de chispa.


209

Aparte del carburante y del lubricante existen también las siguientes causas: 16.2.3.1 Motores de carrera muy larga. 16.2.3.2 Motores nuevos en curso de rodaje. 16.2.3.3 Paso muy rápido de la plena admisión al ralentí. 16.2.3.4 Elección inadecuada de la bujía. 16.2.3.5 Entradas de aire en el cárter-bomba o por las juntas del sistema de admisión. 16.2.3.6 Mal estado de los platinos o del condensador. 16.2.3.7 Contrapresiones en el sistema de escape debidas a obstrucciones en la lumbrera, tubería o silenciador.

Las suciedades y engrase de la bujía tienen la misma causa, jugando además un gran papel la dosificación del lubricante en la mezcla.

La erosión de los electrodos puede producirse por mal estado del sistema de encendido, especialmente en los platinos, plato magnético o magneto, temperatura muy elevada alcanzada por el electrodo central o bien por las aleaciones componentes de los electrodos. La erosión de los electrodos se acelera cuando se invierte la polaridad del electrodo central, es decir cuando este es negativo, lo que no excluye que el motor funcione. La inversión de la polaridad resulta de un mal acoplamiento de la bujía y es fácil ponerla en evidencia mediante un voltímetro o un osciloscopio, pero es más fácil todavía apreciarla con un lápiz. Se desempalma el cable de la bujía, se intercala la mina de grafito del lápiz entre el cable y el borne de la bujía y si la chispa salta entre la mina del lápiz y el borne, la polaridad es correcta. Si la chispa salta entre la mina del lápiz y el cable la polaridad está invertida y es conveniente acoplar correctamente la bujía. El autoencendido se incrementa con la formación de depósitos y se revela por un aumento notable de la temperatura de régimen y pérdidas de rendimiento del motor. En él tienen influencia los etilos de plomo de los carburantes y las sales metálicas de los aditivos.


16.2.4 Agarrotamiento de Pistones y Engomado de Segmentos. Sus causas son múltiples y pueden ir desde un servicio muy duro dado al motor, hasta el empleo de carburantes poco volátiles, poco aceite en la mezcla o falta de mezcla perfecta.

Figura 16.4

CAPITULO 17

LUBRICACION DE MOTORES DIESEL El motor diesel (ignición por compresión) difiere del motor de gasolina (ignición por chispa) principalmente por el método que se usa para introducir el combustible al interior del cilindro, así como el sistema de encendido.

Figura 17.1 CICLO DIESEL DE CUATRO TIEMPOS

Se comprime aire en el cilindro hasta una presión tal (más de 500 psi), que produce una temperatura del aire lo suficientemente alta para incendiar el combustible (aproximadamente 1.000 oF). El combustible es inyectado a presión al interior del cilindro, en el momento oportuno y en una proporción adecuada, en donde se incendia y se quema. La combustión es a una velocidad mucho más lenta que en el motor de ignición por chispa y en condiciones ideales se presenta poco aumento en la presión. En los Diesel de alta ve

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locidad, sin embargo, la combustión no ocurre ni a presión constante ni a volumen constante, sino a niveles intermedios.

Figura 17.2 Partes internas del motor Diesel

CAPITULO 17 : LUBRICACION DE MOTORES DIESEL ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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El motor Diesel puede quemar un combustible más viscoso y menos volátil que el que se puede alimentar a un motor convencional de ignición por chispa. También puede estar diseñado para trabajar con una o varias clases de combustible. Se están utilizando combustibles residuales, cada vez más para motores de baja velocidad (Diesel marinos). En estos casos el combustible requiere tratamientos especiales antes de su uso. Los requerimientos de lubricación de los motores Diesel y de gasolina están estrechamente relacionados, particularmente los tipos de alta velocidad y servicio pesado. Sin embargo el efecto del combustible en la lubricación es más marcado en el motor Diesel. Puesto que el combustible Diesel no es tan volátil como la gasolina, cualquier cantidad de combustible no quemado o parcialmente quemado que entre al cárter y diluya el aceite no se vaporiza a la temperatura del cárter. Por esta razón la dilución del aceite es más seria en un motor Diesel que en uno a gasolina. Obtener una combustión eficiente es el problema principal con el cual se enfrenta el operador de un motor Diesel, especialmente con los motores de alta velocidad. Uno de los factores importantes que influyen en la combustión es la temperatura de las camisas de agua. Una temperatura baja del agua tiende a retardar el proceso de la combustión mientras que una temperatura alta facilita o la combustión. Por esta razón una temperatura de 70 a 80 C en la salida de la camisa de agua es conveniente. El alto contenido de azufre en el combustible crea problemas que requieren consideración especial en la selección de aceites lubricantes. Cuando el azufre del combustible se quema, los productos de la combustión en combinación con la humedad forman materias corrosivas. Para motores de alta velocidad el contenido de azufre del combustible debe ser bajo. Cuando los combustibles de bajo contenido de azufre no pueden conseguirse, el uso de aceites detergentes apropiados reducen al mínimo los efectos del azufre. Las siguientes recomendaciones basadas en el contenido de azufre pueden aplicarse:

Porcentaje de Azufre en el Combustible 0.4 máx 0.4 a 1 Más de 1

Designación Industrial o Militar MIL-L-2104 A Suplemento 1 Serie 3

Clasificación API CA CB CD

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La contaminación del lubricante con hollín del combustible y otros productos de la combustión incompleta es más pronunciada en el Diesel de acción sencilla que en el motor a gasolina, y generalmente los aceites lubricantes oscurecen de color muy rápidamente. Debido a esto, el problema de lubricación está íntimamente ligado con la eficiencia de la combustión, y a menudo es difícil determinar si los depósitos en el motor u otras dificultades son ocasionadas principalmente por el combustible o por el lubricante.

17.1 Lubricación de Diesel de Alta Velocidad. Se considera una velocidad superior a 1.500 r.p.m. El problema de lubricación es esencialmente el mismo que para un motor a gasolina. Ambos se lubrican de la misma manera y, en general, ambos usan los mismos tipos de cojinetes. Algunas marcas que se caracterizan por una alta temperatura del cárter requieren aceites con aditivos antioxidantes. Otros con altas temperaturas en la zona de anillos de pistón requieren aceites detergentes para reducir al mínimo el atascamiento de los anillos de pistón y depósitos en el motor. Un aceite detergente dispersante, estable a la oxidación, es el adecuado.

17.2 Lubricación de Diesel de Media Velocidad. Trabajan a velocidades entre 500 y 1.500 r.p.m. y se lubrican por circulación lo mismo que los de alta velocidad. Deben lubricarse con aceites detergentes dispersantes y el grado API según el tipo de combustible utilizado. La mayoría de los Diesel de ferrocarril trabajan dentro de esta gama de velocidades y si están equipados con cojinetes de plata o aleación de plata pueden requerir consideración especial para evitar la corrosión de los cojinetes.

17.3 Lubricación de Diesel de Baja Velocidad. El Diesel de baja velocidad (menos de 500 r.p.m.) no presenta un problema de lubricación severo siempre y cuando se use un combustible apropiado para el método de inyección. Los motores de bajo y medio rendimiento en el grupo de baja velocidad generalmente están lubricados por sistemas de circulación que suministran aceite tanto a los cojinetes como a cilindros. En los motores de doble acción así como en la mayor parte de los motores de acción sencilla y baja velocidad y muy alto rendimiento, por ejemplo los motores marinos de

CAPITULO 17 : LUBRICACION DE MOTORES DIESEL ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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propulsión principal, los cojinetes están lubricados por medio de sistemas de circulación y los cilindros independientemente por lubricadores mecánicos. Con sistemas de aceite separados para cojinetes y cilindros se puede usar un aceite más viscoso en los cilindros. Un aceite SAE 30 de alta calidad sin aditivos es correcto para cojinetes lubricados separadamente, pero si los cilindros requieren un aceite SAE 40, éste último se puede utilizar en ambas partes para simplificar lubricantes. Cuando los cilindros requieren un SAE 50 o más viscoso, es conveniente usar un aceite más ligero, SAE 30 para los cojinetes debido a la mayor facilidad con que el aceite más ligero se separa de los contaminantes. Para motores marinos que utilizan combustibles residuales, un aceite detergente-dispersante es el más aconsejable. Si el contenido de azufre es muy alto, el aceite debe poseer una alcalinidad (TBN alto) para neutralizar los productos ácidos de la combustión. El acetato de calcio es uno de los neutralizantes más adecuados para los ácidos formados en los motores Diesel marinos, con la dificultad de que este compuesto no es soluble en los aceites minerales. Por la razón anterior se han desarrollado tres tipos de aceites para cilindros, llamados así por el procedimiento empleado para solubilizar el acetato de calcio.

Aceites de tipo emulsión Aceites de tipo dispersión Aceites de tipo peptización

Posteriormente se han encontrado aditivos super-alcalinos solubles en los aceites minerales que facilitan notablemente la preparación de estos tipos de aceites especiales, a base de fenatos o naftenatos de bario y calcio, aunque sus resultados no son muy buenos.

17.4 Purificación del aceite lubricante En los motores con sistemas de circulación deben tomarse medidas para que haya alguna forma de purificar el aceite. Para el tipo automotriz pequeño de alta velocidad, el medio puede ser un filtro de paso auxiliar o de flujo completo, pero en las instalaciones estacionarias mayores se requieren métodos de purificación eficientes.

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Los contaminantes en el eceite lubricante pueden incluir hollín de combustible y otros productos de la combustión incompleta, óxidos metálicos, sílice, agua, y productos ácidos de la combustión y la descomposición del aceite lubricante. Tanto centrífugas como filtros se usan para los Diesel estacionarios y marinos y cada uno es efectivo para controlar la acumulación de contaminantes. Los filtros de absorción hechos con tierra Fuller y materiales similares son muy efectivos para los aceites sin aditivos pero no se deben usar con aceites detergentesdispersantes y otros aceites con aditivos por la posibilidad de que los aditivos se queden total o parcialmente en el filtro. Los cartuchos de filtro substituíbles se deben cambiar antes de que se saturen y queden inservibles.

CAPITULO 18

LUBRICACION DE MAQUINAS ALTERNATIVAS DE VAPOR Esta máquina genera poder mediante la expansión de un lado o a lados alternos, de un pistón confinado dentro de un cilindro. El movimiento recíproco del pistón se convierte en movimiento rotatorio por medio de una biela y un cigüeñal. El flujo de vapor hacia el interior del cilindro es controlado por diferentes tipos de válvulas accionadas por partes móviles de la máquina, generalmente por una o más excéntricas sobre la flecha principal. Los motores grandes pueden ser del tipo de expansión múltiple en que el vapor pasa sucesivamente desde los cilindros de mayor presión a los de menor presión, cediendo parte de su energía en cada cilindro o etapa.

Figura 18.1 Vista en corte de un modelo Corliss equicorriente de cuatro llaves, sin amortiguador

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Figura 18.2 Máquina equicorriente

18.1 CONDICIONES DEL VAPOR La lubricación de los cilindros está predeterminada por la calidad o título del vapor. Con vapor saturado seco no hay grandes problemas de lubricación, ya que su temperatura no es alta y prácticamente no contiene humedad. El vapor húmedo tiende a lavar el aceite de los cilindros y las válvulas. El vapor sobrecalentado, si el aceite es de alta calidad y posee buena viscosidad, no afectará la lubricación.

18.2 LUBRICACION DE CILINDROS DE VAPOR Todo el aceite que es aplicado a los cilindros y válvulas sale con el vapor del escape excepto una pequeña proporción que puede filtrarse con el vapor que sale por los casquillos de prensaestopas y las prensaestopas. Cuando el vapor de escape se utiliza para calentar o para procesos, o es condensado para regresar a las calderas, es esencial que el aceite de cilindros sea seleccionado correctamente de modo que pueda ser aplicado en cantidades mínimas facilitando así la eliminación del aceite del escape. Los principales factores que afectan la selección de aceite para cilindros son: Presión del vapor. Calidad del vapor. Temperatura del vapor. Carga de la máquina.

CAPITULO 18 : LUBRICACION DE MAQUINAS ALTERNATIVAS DE VAPOR ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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La forma en que afectan la selección del aceite es la siguiente: La alta presión del vapor, alta temperatura, vapor saturado seco, y las cargas pesadas de la máquina tienden a mantener las superficies internas a temperaturas elevadas y disminuyen la condensación de la humedad, exigiendo con ello el uso de aceites relativamente viscosos que contengan una cantidad moderada de aceite graso, o ninguna en el caso de vapor sobrecalentado. La baja presión del vapor y cargas ligeras en una máquina producen temperaturas en paredes de cilindros más bajas, así como mayor condensación de la humedad exigiendo con ello aceites menos viscosos de contenido de aceite graso más elevado. Cuando hay humedad debido a la presencia de vapor húmedo, carga ligera, o ambas cosas, se puede aplicar un aceite compuesto con menor proporción de aceite mineral puro, ya que este último es lavado con más facilidad de las superficies. El hecho de que los aceites compuestos se emulsifiquen más fácilmente los hace imposibles de utilizar cuando hay necesidad de una buena separación en el vapor de escape; en éste caso debe utilizarse un mineral puro. La presencia de aceite en las calderas es perjudicial y debe controlarse manteniendo las instalaciones de separación de aceite en buenas condiciones, ya que son las encargadas de suministrar aceite a la máquina.

18.3 APLICACION DEL ACEITE Existen dos tipos principales de lubricadores de aceite para los cilindros: el tipo mecánico de alimentación forzada y el lubricador hidrostático. El tipo mecánico tiene una bomba de desplazamiento positivo y puede ajustarse para suministrar el aceite en una forma controlada. El lubricador hidrostático, depende para su funcionamiento de la presión proveniente de una columna de agua producida por el vapor condensado. La cantidad y tiempos de alimentación de aceite para un ajuste determinado depende de las proporciones de la columna y la temperatura del vapor condensado así como la viscosidad del aceite, la cual a su vez depende de la temperatura del cuarto de máquinas. Según lo anterior el lubricador mecánico es más eficiente cuando se requiere alta pureza del vapor de escape. El aceite para cilindros se puede aplicar directamente a paredes y válvulas de cilindros, o se puede inyectar en la línea de vapor mediante un atomizador situado tres pies arriba del cilindro y entre el acelerador y la máquina. Excepto

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en máquinas uniflujo o donde se utiliza vapor altamente sobrecalentado, es preferible el método de atomización puesto que el aceite se mezcla íntimamente con el vapor proporcionando así lubricación a todas las partes con las cuales entra en contacto el vapor. El flujo unidireccional del vapor en una máquina uniflujo no se presta para depositar aceite atomizado que se halle en suspensión en el vapor.

18.4 LUBRICACION DE LOS COJINETES Los cojinetes de máquinas de vapor se pueden lubricar por alimentación forzada, o sistemas de circulación por gravedad, salpique de aceite, anillos de aceite, goteo, copa o pistola o una combinación de dos o más de estos métodos. Para los métodos a toda pérdida como los lubricadores de gota, donde no vuelve a usarse el mismo aceite, el problema es sólo seleccionar un lubricante de viscosidad suficiente para asegurar la lubricación a las características de alimentación intermitente y variable de este tipo de lubricador. Para sistemas de salpique y circulación el aceite debe ser de calidad excepcionalmente buena, que permita largos períodos de servicio continuo sin deteriorarse excesivamente al exponerlo al calor de las partes de la máquina y que resista a la emulsificación con el condensado, Las máquinas de cilindros verticales presentan un alto grado de contaminación entre el aceite del cilindro y el aceite de los cojinetes. Deben mantenerse los prensaestopas en buenas condiciones. Si es necesario, el uso de un compartimento en el estopero de biela de pistón permitirá la separación y purga del condensado de modo que no vaya a parar hasta el aceite del cojinete.

18.5 CONSUMO DE ACEITE La cantidad mínima y máxima de aceite en una máquina de vapor sólo puede ser determinada por la experiencia. La gráfica muestra el consumo aproximado para diferentes tipos de máquinas.

CAPITULO 18 : LUBRICACION DE MAQUINAS ALTERNATIVAS DE VAPOR ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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Figura 18.3

18.6 CARACTERISTICAS DEL ACEITE La siguiente tabla resume las características principales de un aceite para cilindros de vapor. No inferior a 288 oC No más del 25% a 316 oC o del 75% a 427 oC Punto de Congelación Adecuado al empleo Para menos de 225 SSU Residuo Conradson a a 210 oF, un 4% Para más de 225 SSU a 210 oF, un 6% Número de neutralización Neutro Punto de Inflamación Destilación

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ RELACION ENTRE LA VISCOSIDAD Y EL PORCENTAJE DE ACEITE GRASO - VAPOR SATURADO SECO Presión kg/cm2 Menor 10.5 10.5 - 14 15.0 - 35 Mayor 35.0

Viscosidad(oE) a 100 oF 3.5 - 4.5 4.0 - 5.0 4.5 - 5.5 5.0 - 8.6

Porcentaje de aceite graso 7 - 10 5- 8 2- 5 2- 5

RELACION ENTRE LA VISCOSIDAD Y EL PORCENTAJE DE ACEITE GRASO - VAPOR SOBRECALENTADO Temperatura en la Válvula de admisión(oC) Menor 240 240 - 290 290 - 315 Mayor 315

Viscosidad (oE) a 100 oF

Porcentaje de aceite graso

4.5 - 5.5 5.0 - 6.5 6.0 - 8.5 7.0 - 10

4-7 2-5 0-3 0-2

CAPITULO 19

LUBRICACION DE TURBINAS DE VAPOR Y GAS La turbina de vapor consiste esencialmente de un eje en el cual van montados uno o más discos que tienen aspas o cubos en la periferia. La fuerza de giro que produce la rotación del eje se debe a la acción o reacción del vapor que emerge a alta velocidad por unas boquillas. La turbina a gas opera sobre el mismo principio básico que la turbina de vapor, pero utiliza un gas caliente en lugar de vapor como fuente de energía. La turbina a gas de combustión es la que utiliza gases calientes producidos en la combustión de un combustible. Está formada por un compresor centrífugo para comprimir el aire requerido para la combustión, una cámara de combustión y una turbina. La turbina y el compresor van montados en el mismo eje. En otro tipo, los gases obtenidos como producto de un proceso en el que se libera calor considerable, son los que se usan para operar la turbina. Las turbinas de vapor o de gas se lubrican por los mismos métodos y con pequeñas excepciones los problemas de lubricación son los mismos. Las grandes turbinas modernas con lubricación de alimentación forzada para los cojinetes requieren que el aceite lubricante, además de lubricar los cojinetes, actúe como medio fluido para el gobernador hidráulico. Así mismo el aceite sirve como refrigerante para retirar el calor, proteger las partes metálicas contra la corrosión y, en el caso de unidades de engranajes, para lubricar estos. Para llevar a cabo estas funciones, los lubricantes se almacenan en cantidades relativamente grandes en la turbina, en algunos casos varios miles de galones. La confiabilidad es la norma por la que se juzga el funcionamiento de las turbinas y sus accesorios, incluyendo el aceite lubricante. En las estaciones centrales las turbinas pueden operar durante varios meses o aún un año o más sin ningún paro. Consecuentemente, el aceite debe ser de tal calidad que las fallas debidas a deterioros del aceite no se lleguen a presentar.

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LUBRICACION INDUSTRIAL : NESTOR GOODING GOODING

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Figura 19.1 Corte longitudinal de una turbina de vapor con extracciones de 10.000 kw

19.1 FACTORES QUE AFECTAN LA VIDA UTIL DEL ACEITE Las condiciones a las cuales están sujetos los aceites de turbina son propicias a la oxidación del mismo. La circulación rápida en presencia del aire, el contacto con diversos metales que actúan como catalizadores de oxidación, la exposición a temperaturas elevadas, la contaminación con aceite usado al efectuar la nueva carga, la contaminación con agua que propicia la formación de lodos y emulsiones, el método y frecuencia de la purificación del aceite durante su uso, el aireado del aceite, la cantidad y periodicidad del aceite de reposición, etc. Todos los factores anteriores en una u otra forma acortan la vida del aceite en una turbina.

CAPITULO 19 : LUBRICACION DE TURBINAS DE VAPOR Y GAS ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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19.2 LODOS Y EMULSIONES DE ACEITE DE TURBINA Los lodos en los sistemas de aceite de turbinas pueden consistir principalmente de aceite oxidado o una combinación de este último con agua y aceite no oxidado en forma de una emulsión estabilizada por polvo de carbón, cenizas y otras impurezas. Como todos los lodos tienen la misma apariencia, la tendencia general es atribuirlos a oxidación del aceite. Cuando se encuentran lodos debe hacerse una investigación para determinar si está presente un exceso de agua, ya que la dificultad de que se formen emulsiones permanentes, a menudo se corrige eliminando la fuente de filtración de agua. Un análisis de laboratorio del lodo tomado del sistema (húmedo) generalmente pondrá de manifiesto si se trata principalmente de una emulsión o no.

19.3 ACEITES PARA TURBINA Los aceites para turbina están hechos con crudos seleccionados que, la experiencia ha demostrado, poseen en más alto grado las propiedades básicas necesarias para la refinación subsecuente que se requiere para el servicio en turbinas. Son cuidadosamente refinados por los métodos más modernos con el fin de obtener la máxima estabilidad y resistencia a la emulsificación con el agua. Contienen aditivos contra la oxidación para prolongar su vida útil. También se incorporan inhibidores de herrumbre para aminorar la corrosión de las partes ferrosas de los sistemas de lubricación ayudadas por la presencia de agua en el aceite. Los grados que tienen tanto inhibidores de herrumbre como de oxidación se conocen como aceites con doble inhibición. El punto de O inflamación debe estar entre 400 y 460 F como mínimo. El residuo de carbón no debe exceder de 0.3 %. El número de neutralización no debe ser superior a 0.05. Debe tener aditivos antiespumantes y la viscosidad puede seleccionarse con el siguiente criterio cuando se desconocen las recomendaciones del fabricante: Para turbogenerador conectado directamente con un sistema de circulación a presión una viscosidad de 150 SSU a 100 oF. Para turbogenerador de reducción sencilla con engranajes y sistema de circulación a presión un aceite con una viscosidad de 300 a 350 SSU a 100 oF. Para turbina auxiliar con cojinete de lubricación por anillo una viscosidad de 300 a 500 SSU a 100 oF.

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LUBRICACION INDUSTRIAL : NESTOR GOODING GOODING

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Para turbinas marinas, con engranajes de doble reducción un aceite con una viscosidad de 400 a 500 SSU a 100 oF tanto para cojinetes como para engranajes. Los aceites de doble inhibición son generalmente recomendados para turbinas de vapor debido al factor de seguridad que brindan.

19.4 ANALISIS RUTINARIO DE ACEITES PARA TURBINA La pruebas periódicas de muestras de aceite y su representación en gráficas de los resultados es un método efectivo de mantener el control del funcionamiento del aceite de turbinas. Cuando se utiliza aceite de turbinas de alta calidad el muestreo puede hacerse cada seis meses, a menos que exista sospecha de deterioro rápido. Las pruebas de más valor para determinar la condición de los aceites de turbina son la viscosidad, número de neutralización, tensión interfacial contra agua y contenido de agua. La oxidación del aceite va acompañada de un descenso en la tensión interfacial y los valores por debajo de 18 dinas/cm se consideran críticos para un aceite de turbina. La interpretación del cambio sufrido por las demás propiedades ya ha sido analizada suficientemente.

CAPITULO 20

LUBRICACION DE TURBINAS HIDRAULICAS Una turbina hidráulica es una turbina impulsada por agua, conectada a un generador con el objeto de producir energía eléctrica. Existen dos clasificaciones generales de turbinas hidráulicas, de impulso y de reacción. Las turbinas de reacción pueden tener un impulsor tipo Francis o uno tipo hélice. El tipo de turbina seleccionado para una instalación en particular depende principalmente de la columna efectiva y el volumen de agua. Los proyectos de generación de energía hidráulica se pueden clasificar en bajos, con columna hasta de 100 pies; columna media, 100 a 500 pies y columna alta, más de 500 pies. La turbina de impulso, que generalmente se conoce con el nombre de "Rueda de agua Pelton", se emplea en instalaciones de columna alta. El eje de la rueda Pelton es siempre horizontal. El agua es dirigida a alta velocidad a través de una boquilla y choca contra cubos especialmente diseñados para impartir un movimiento circular plano al agua, causando con ello un movimiento de rotación. La turbina de reacción con impulsor tipo Francis es el tipo más común de turbina en uso. Se emplean para columnas tanto bajas como medias. Las turbinas de reacción con aspas de hélice se emplean solamente en instalaciones de columna muy baja (hasta 80 pies), en donde existen disponibles grandes volúmenes de agua. El movimiento es impartido en este tipo de impulsor, el cual es similar a una hélice de barco, por la presión y la velocidad del agua que pasa por el tubo. Las aspas del impulsor pueden ser fijas o flexibles, es decir ajustables. El tipo ajustable ha sido desarrollado con objeto de poder operar más eficientemente a cargas y columnas variables. Al analizar las turbinas hidráulicas desde el punto de vista de la lubricación existen cinco requisitos que deben ser considerados: cojinetes de muñones (turbinas de impulso horizontal), cojinetes de empuje, cojinetes guías radiales (turbinas verticales), cojinetes lubricados por grasa, sumergidos y el sistema del

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gobernador. En general los aceites utilizados en las turbinas hidráulicas no están sujetos a condiciones tan severas como los aceites para turbinas de vapor.

20.1 COJINETES DEL MUÑON Las turbinas pequeñas utilizan cojinetes antifricción o cojinetes lisos lubricados por anillo. Los sistemas de circulación se utilizan en turbinas muy grandes. En los cojinetes antifricción lubricados por grasa es conveniente usar una grasa ligera a prueba de agua. En los sistemas lubricados por aceite, una viscosidad media de 150 a 350 SSU a 100 oF es aconsejable.

20.2 COJINETES DE EMPUJE En las turbinas verticales, que son la gran mayoría, el cojinete de empuje soporta todo el peso del generador, turbina y eje. Los cojinetes de empuje usados, de los cuales son ejemplos los Kingsburry, los General Electric y los Gibbs, operan sobre el principio de película fluida y toda la carga es soportada por una película de aceite delgada. Tales cojinetes están siempre sumergidos en un baño de aceite el cual es enfriado por serpentines de agua dentro de la caja o mediante circulación de aceite a través de un enfriador.

20.3 COJINETES GUIA Los cojinetes guía mantienen el eje vertical en su posición correcta y no están sujetos a gran carga unitaria. Existen cojinetes de diferentes materiales incluyendo el Babbitt. Estos últimos utilizan el mismo aceite que lubrica los cojinetes de empuje. Una viscosidad de 150 a 350 SSU a 100 oF es satisfactoria.

20.4 COJINETES SUMERGIDOS El flujo de agua a la turbina está controlado por aletas guía, que se abren o se cierran por uno o dos pistones operados hidráulicamente, la posición de los cuales es regulada por el gobernador. Estas aletas guías están sumergidas en agua y lubricadas por grasa forzada a través de los tramos necesarios de tubería. La grasa generalmente se aplica con equipo de engrasado a presión, portátil, operado eléctricamente o por aire. Algunas unidades tienen todos los cojinetes lubricados por grasa alimentados desde un sistema central de engrase. Como la temperatura del agua es baja en invierno, la grasa usada

CAPITULO 20 : LUBRICACION DE TURBINAS HIDRAULICAS ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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debe ser suficientemente fluida a bajas temperaturas para permitir la aplicación a través de los largos tramos de tubería. Asimismo, como la grasa en estos cojinetes está sujeta a la acción del lavado del agua, debe ser de un tipo que sea tanto adhesiva al metal como repelente al agua.

20.5 SISTEMA DE GOBERNADOR Controla la velocidad de la turbina y es del tipo de relé hidráulico similar al que se usa en algunas turbinas de vapor. El aceite se usa como un medio fluido. Conforme las bolas centrífugas del gobernador cambian su posición en respuesta a variaciones de velocidad de la turbina, se abre o se cierra una válvula relé, regulando el paso de aceite a una válvula secundaria. Esto controla el flujo de aceite bajo presión hasta los pistones que regulan el grado de abertura de las aletas guía, permitiendo con ello que una mayor o menor cantidad de agua pase por la turbina. Siempre que sea posible se usa el mismo aceite para la lubricación de los cojinetes guía y de empuje y como medio fluido en el gobernador hidráulico. Para unidades que trabajan en climas fríos donde el cuarto en que está el gobernador no tiene calefacción, posiblemente sea necesario usar un aceite de menor viscosidad en el gobernador con objeto de asegurar la fluidez apropiada a bajas temperaturas. En contraste con el aceite de turbinas de vapor, un lubricante de turbinas hidráulicas no está sometido al calor de una fuente externa o a contaminación con agua en un grado apreciable. Por lo tanto, las turbinas hidráulicas no son tan severas sobre el aceite como lo son las turbinas de vapor, aunque deben preferirse siempre los aceites de mejor calidad.

20.6 IMPULSADORES DE TURBINA DE ASPAS AJUSTABLES La posición de las aspas ajustables en las turbinas tipo hélice se controla hidráulicamente por medio del gobernador y las aspas y compuertas se ajustan simultáneamente por un mecanismo conectado al gobernador. Las partes móviles en el núcleo impulsor están lubricadas por un baño de aceite o empacados con grasa. Como el impulsor queda sumergido, el lubricante debe funcionar a la temperatura más baja del agua en invierno. Una grasa suave repelente al agua con buenas características de fluidez a temperaturas bajas es aconsejable para la lubricación con grasa. Cuando se usa aceite, éste debe ser de buena calidad y más o menos de una viscosidad SAE 90 que resiste fugas. Las recomendaciones de algunos fabricantes en particular posiblemente difieran algo de la viscosidad sugerida. Los lubricantes de presión extrema

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moderada que contienen aditivos antiherrumbre son aconsejables puesto que la corrosión de las partes puede interferir con el funcionamiento del mecanismo de ajuste de las aspas.

Figura 20.1

CAPITULO 21

LUBRICACION DE COMPRESORES Y BOMBAS DE VACIO Un compresor es una máquina que sirve para comprimir aire u otro tipo de gas, con el objeto de aumentar la presión. En términos generales los compresores se clasifican de acuerdo a los gases que van a comprimir en: compresores de aire, compresores de gases diversos (gas de petróleo, oxígeno, nitrógeno, helio, cloro, acetileno, etc.) y compresores de refrigeración. Se incluye en la clasificación anterior a las bombas de vacío, ya que estos equipos, no obstante tener una finalidad opuesta a la de los compresores, funcionan en la misma forma.

21.1 COMPRESORES DE AIRE En el siguiente cuadro se muestran los principales tipos de compresores clasificados según la forma de operar.

Efecto Simple Alternativos Desplazamiento Positivo

Doble Efecto

Rotatorios

Paleta deslizante Tornillo sin fin Lóbulos

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Centrífugos Cinéticos Flujo Axial

Figura 21.1 Tipos de compresores

CAPITULO 21 : LUBRICACION DE COMPRESORES ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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21.1.1 Lubricación de Compresores Alternativos. En los compresores de pistón alternativos, deben lubricarse estos dos grupos de partes móviles: Los cilindros (pistones y válvulas) Los cojinetes (cigüeñal, cabeza y pie de biela) En la lubricación de estos elementos se utilizan diversos métodos, entre los cuales está el salpique y la lubricación a presión.

Figura 21.2 Compresor industrial de movimiento alternativo de doble efecto, con dos etapas de compresión y enfriador intermedio. El corte de la izquierda muestra la purga automática del agua; el corte a la derecha muestra el lubricadir accionado por eje.

Los sistemas empleados son exactamente los mismos que los utilizados en un motor de combustión interna. Para la lubricación de los cilindros, el cigüeñal gira y salpica el aceite del cárter produciendo una niebla, la cual lubrica y enfría el pistón/cilindro. Los elementos montados en el cigüeñal se sumergen en el aceite de cárter y salpican los cojinetes. En un compresor con el sistema de lubricación a presión, el lubricante tomado del cárter pasa por unos conductos que hay desde el cigüeñal hasta los cojinetes de cabeza de biela. Los cojinetes

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inferiores reciben la lubricación por gravedad, al caer el aceite desde la parte superior, por las ranuras de la biela. Además, cuando escapa de los cojinetes, forma niebla que lubrica los cilindros en la parte superior. El fabricante de un determinado compresor, suele especificar el aceite adecuado para la máquina y por lo general, hay que ajustarse a su recomendación, ya que esa elección está condicionada a una serie de factores, tales como la velocidad, presión, acabado superficial, tamaño, juego de pistones, etc.). Sin embargo, en muchos casos, especialmente cuando en una instalación existen tipos diferentes de compresores, no hay necesidad de ajustarse rígidamente a esas recomendaciones para cada máquina. Los filtros a la salida del aire comprimido son de funcionamiento sencillo y es importante tener en cuenta, que para el buen desempeño de los mismos, debe regularse muy especialmente el nivel de aceite que lubrica los cilindros, ya que un exceso, fácilmente puede impedir que trabajen adecuadamente. Se debe tener presente, el buen funcionamiento de los anillos, ya que estos al no estar en buenas condiciones de trabajo hacen difícil el análisis de las fallas de lubricación.

21.1.2 Lubricación de Compresores Rotatorios. El compresor de paletas trabaja en forma análoga a una turbina, por lo tanto su funcionamiento puede ajustarse al recomendado para equipos turbogeneradores que trabajan en condiciones análogas de velocidad y temperatura. El lubricante recomendado para este tipo de equipos, debe ser de tipo parafínico, ya que las condiciones de trabajo requieren una película de buena calidad, por una parte, y por otro lado se presenta con frecuencia que el aire aspirado lleva humedad, afectando las condiciones de lubricación al emulsionarse fácilmente con un incremento en la temperatura. Deben lubricarse todos los órganos móviles, tales como los cojinetes del rotor, los collarines del eje y las aletas. Cuando el sistema es con baño de aceite no se presentan por lo general fallas por lubricación, sin embargo, el aire comprimido debe separarse exhaustivamente, pues sale muy contaminado con el aceite.


Fogura 21.3 Compresor rotatorio de dos etapas, con enfriamiento intermedio por agua.

Figura 21.4

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21.2 COMPRESORES DE GASES Hay muchas ocasiones en que la naturaleza del gas sometido a compresión hace que sea necesario un procedimiento especial de lubricación. El bióxido de azufre (anhídrido sulfuroso), por ejemplo, es un gas activo que reacciona con partes de un aceite corriente del petróleo. Los compresores que manejan bióxido de azufre deben lubricarse, por lo tanto, con aceite blanco, el cual posee una buena resistencia a la formación de lodos. El aceite blanco también se recomienda para la compresión de cloro y de trifluoruro de boro. El oxígeno puro tiene una fuerte afinidad química con materiales combustibles y deberá ser manejado cuidadosamente para evitar explosiones. No deben utilizarse aceites del petróleo para la lubricación de cilindros en compresores de oxígeno. Para pistones convencionales que hacen necesaria la lubricación de los cilindros, se ha encontrado que el mejor lubricante es el jabón de Castilla (aceite de oliva e hidróxido de sodio) y el agua. Por otra parte hay muchos gases, tales como el nitrógeno, hidrógeno, acetileno, monóxido de carbono, óxido nitroso, bióxido de carbono, helio, y gases del petróleo, que pueden ser comprimidos satisfactoriamente en equipos lubricados con aceites convencionales del petróleo.

21.3 COMPRESORES DE REFRIGERACION Estos suelen ser casi siempre del tipo de pistón alternativo, sin embargo se presentan del tipo rotatorio de paletas y cuando se trata de instalaciones muy grandes pueden ser del tipo centrífugo o axial. Su construcción no difiere en ningún aspecto material al de los compresores descritos anteriormente, con la excepción que las máquinas más pequeñas suelen tener pistones carentes de anillos muy pegados al cilindro. La lubricación generalmente es por salpicadura con juntas o empaques especiales para evitar la pérdida de gas refrigerante. La refrigeración funciona basado en el principio de que la temperatura de un gas o de un vapor disminuye cuando se le hace pasar por un orificio pequeño sufriendo una expansión. Esta operación de refrigeración forma un ciclo partiendo de un calentamiento del gas en un evaporador, y seguido de una compresión. Se enfría a la


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temperatura ambiente mediante un intercambiador de calor o condensador y se expande a través de una válvula de regulación hasta alcanzar de nuevo la presión de aspiración normal, para luego seguir y completar el ciclo en el evaporador. En algunas instalaciones especiales, el frigorífico se emplea como fuente de calor útil, tomando el nombre de bomba de calor. Aquí el calor se extrae de alguna sustancia a baja temperatura y vuelve a aparecer como calor en el medio refrigerante. Un compresor de refrigeración se lubrica de acuerdo al tipo de gas empleado para conseguir la disminución de temperatura, aunque existen un cierto número de requisitos que deben cumplirse en cada caso. La propiedad más importante, es la carencia absoluta de agua, tanto que, muchos elementos gaseosos son supremamente corrosivos en presencia de agua; por otra parte se corre el riesgo que penetre y congele gotas de agua dentro del circuito, las cuales en muchos casos pueden bloquear la válvula de expansión. También puede congelarse en los espirales del evaporador provocando un atascamiento total o parcial que reducirá el rendimiento de éste. La contaminación máxima permitida es del orden de 0,03% en peso. Por regla general y para facilitar la determinación de la humedad presente, se utiliza el método de la rigidez dieléctrica, ya que esta prueba, está íntimamente ligada al agua presente. Un resultado de 25 KV/mm, corresponde a un contenido de agua del orden de 0,03% en peso. Un resultado de 30 KV/mm representa 0,01% en peso.

Otra propiedad importante del lubricante es el punto de fluidez y debe ser inferior a la temperatura más baja que pueda existir en el circuito. En general son aceites de tipo nafténico, o minerales puros, pasados a través de filtros prensa para separar las últimas trazas posibles de parafina y humedad. Son del tipo análogo a los aceites para transformador y sistemas de interruptores eléctricos. Con el objeto de evitar al máximo la contaminación del lubricante con la humedad del medio, deben dejarse como mínimo 24 horas, a la temperatura del medio ambiente los envases bien cerrados y tratando siempre de consumir la mayor cantidad posible del aceite que se encuentre dentro del tambor, y el resto debe transferirse a un recipiente más pequeño, con el fin de evitar la cámara de aire.

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21.4 BOMBAS DE VACIO Las bombas de vacío se usan para extraer el aire y otros gases de recipientes utilizados en procesos industriales, o para extraer aire de un producto que se esté fabricando, como por ejemplo lámparas eléctricas o focos. Son semejantes en su construcción a los compresores y difieren únicamente en que se reciben gases a presiones inferiores a la atmosférica. Las bombas usadas para producir un vacío muy alto, requieren un aceite que posea buena presión de vapor, es decir, un aceite que no se vaporice fácilmente. Cuando el gas que se maneja es sucio o contiene sustancias químicas debe utilizarse un aceite compuesto con un cinco por ciento de aceite graso. Si los gases contienen vapor de agua puede utilizarse un aceite para turbina inhibido contra la herrumbre. Las bombas de vacío rotatorias son semejantes en su construcción a los compresores y las mismas recomendaciones sobre lubricantes para tipos o modelos equivalentes son aplicables en este caso.

CAPITULO 22

FLUIDOS PARA CORTE DE METALES Y ESMERILADO En el maquinado de metales generalmente es necesario utilizar un fluido para corte que sirva como lubricante y como refrigerante. Lo anterior depende del tipo de metal y de la operación de maquinado. El funcionamiento de un fluido de corte en una operación dada depende de muchos factores, incluyendo el tipo de operación de maquinado, las características de maquinado del metal, su susceptibilidad a la corrosión o a mancharse con ciertos tipos de aceite para, las velocidades y alimentación de cortes, y el tipo de acabado deseado.

22.1 HERRAMIENTAS DE CORTE Las herramientas de corte se fabrican en una variedad de formas y tamaños, desde herramientas de torno de un solo filo hasta herramientas de fresadoras de filos múltiples. Pueden estar hechas enteramente de acero para herramientas o una aleación colada, o pueden ser un cuerpo de acero que contenga dientes insertos o filos cortantes de un material muy duro, de los cuales es ejemplo el carburo de tugsteno. La vida de una herramienta de corte, o el número de piezas de trabajo que se pueden producir antes de volver a esmerilar dependen en grado considerable del fluido de corte utilizado. La herramienta, sin embargo, tiene que estar correctamente esmerilada para la operación, si se desea una vida óptima. En el maquinado de todos los metales, excepto los blandos, se forma una acumulación de metal sobre el labio de la herramienta. Esto se conoce con el nombre de "filo acumulado". Ejerce una pronunciada influencia sobre la vida de la herramienta y el acabado logrado. Cuando no existe ningún filo acumulado, la acción de frotación de la astilla contra la herramienta se localiza cerca del filo cortante. Cuando existe un filo acumulado de proporciones moderadas, sirve para proteger el filo cortante y prolongar la vida de la herramienta. Si la acumulación es excesiva, resulta un acabado burdo y nada satisfactorio. Un filo

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acumulado no es conveniente tenerlo cuando se maquina aluminio, que es un metal relativamente suave.

Figura 22.2 Herramienta de torno mostrando la nomenclatura de sus partes

22.2 ESMERILADO El esmerilado se puede considerar como una operación especializada de maquinado, en la que cada grano de la rueda esmeril es un diminuto filo de corte. Una rueda esmeril tiene tres principales características físicas, como sigue: 22.2.1 Granos que efectúan los cortes realmente. 22.2.2 Ligazón que sostiene a los granos abrasivos en su lugar. 22.2.3

Espacios vacíos que proporcionan los claros para los fragmentos cortados por los granos abrasivos.

Los tipos de ligazón generalmente usados son silicato vitrificado, shellac, resinoide y hule. Cada uno tiene un campo especial de servicio, siendo la ligazón vitrificada la que se usa en alrededor del 75% de los requerimientos de

CAPITULO 22 : FLUIDOS PARA CORTE DE METALES Y ESMERILADO ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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esmerilado. La ruedas hechas con ligazones vitrificadas no resultan afectadas por el agua ni el aceite a temperaturas normales. Esto no vale respecto a las ruedas cuya ligazón es de shellac o hule, ya que en ellas el agua, el aceite, o una emulsión puede afectar dicha ligazón con el correr del tiempo, lo cual reduce la vida de la rueda esmeril. Los dos abrasivos artificiales más comúnmente usados en las ruedas de esmeril son óxido de aluminio y carburo de sílice. El primero es aplicable cuando se esmerilan materiales de gran fuerza de tensión, como por ejemplo los aceros, y los segundos se aplican cuando los materiales son de poca fuerza de tensión, como hierro gris, latón, etc. Las ruedas de esmeril se desgastan en el servicio y ocasionalmente hay que "afilarlas" para restituirles la superficie o contorno deseados. Esto se logra mediante cualquiera de los métodos descritos a continuación. El afilado con diamante se obtiene usando diamantes filosos u otro material duro, como por ejemplo algunos de los carburos. En este método algunos de los granos de la superficie son cortados dejando zonas planas de grano y ligazón o cementador que servirán de superficie de esmerilado. En el otro método, conocido con el nombre de trituración, la superficie de grano y cementador es aplastada mediante un rodillo de acero que tenga el contorno deseado. En este método parte del cementador es desintegrado por el rodillo dejando granos con puntas agudas en la superficie. La trituración generalmente se usa para ruedas de esmerilado de formas y roscas. Existen diferentes tipos de máquinas de esmerilar, conocidas con los nombres de esmeriles de superficie, cilíndricas, internas, de rodillos, para cigüeñales, sin centro, para roscas, etc., siendo los diferentes usos de cada una evidentes por la nomenclatura. Cuando se esmerila, se genera una gran cantidad de calor y las funciones principales del fluido cortante son el enfriamiento y la disipación del calor, lavar y expulsar las virutas, mantener la rueda limpia y libre para cortar y la prevención de la corrosión.

22.3 SELECCION DE UN ACEITE DE CORTE Para operaciones de maquinado en general, los fluidos de corte desempeñan una o más de las siguientes funciones principales, dependiendo de la operación de que se trate:

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22.3.1 Funciones Principales 22.3.1.1 Proveer lubricación entre la herramienta y la pieza de trabajo. 22.3.1.2 Enfriar la herramienta y la pieza. 22.3.1.3 Proteger el metal contra la corrosión. 22.3.1.4 Lavar y quitar la viruta. Además lo líquidos de corte apropiados realizan las funciones secundarias de aminorar la energía consumida en cortar, prolongar la vida de la herramienta y proporcionar un buen acabado y dimensiones exactas.

22.3.2 Tipos de Aceites

Los tipos más comunes de aceites de corte son: 22.3.2.1 Soluciones alcalinas. 22.3.2.2 Aceites solubles o miscibles con agua. 22.3.2.3 Aceites solubles de servicio pesado. 22.3.2.4 Aceites minerales puros. 22.3.2.5 Aceites grasos. 22.3.2.6 Mezclas de aceites grasos y minerales. 22.3.2.7 Aceites minerales sulfurizados o mezclas que contengan compuestos de cloro (generalmente en combinación con azufre). 22.3.2.8 Aceites minerales fortificados por varios materiales sintéticos, entre los cuales están ciertos compuestos de fósforo y nitrógeno. Cualquier aceite sulfurizado que contenga aunque sea diminutas trazas de azufre libre, mancha las aleaciones de cobre. Cuando no se desea que se manchen las piezas o las partes de la máquina, no se deben usar esos aceites con el cobre y sus aleaciones. Los aceites sulfurizados del tipo no corrosivo se pueden usar con cualquier tipo de metales.


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La clase de metal y la operación de maquinado son los principales factores que influyen en la selección de un aceite de corte. Por regla general las emulsiones de aceite soluble son aplicables donde predominan los requerimientos de enfriamiento, y los aceites compuestos o sulfurizados en los casos en que la lubricación entre herramienta y metal es de máxima importancia. Una de las formas de guiarse en la práctica es con la forma de la rebaba. Una rebaba que se enrosca y apoya pesadamente sobre la herramienta indica un material duro que requiere un tipo de aceite fuertemente sulfurizado o su equivalente. Los materiales quebradizos, tales como el hierro colado, que no producen rebabas que apoyen contra la herramienta con gran fuerza, pueden ser maquinados con un aceite soluble, o inclusive secos en muchos casos. Conforme el porcentaje de carbono aumenta en los aceros de carbono, las propiedades de maquinabilidad se hacen más pobres. Los aceros bajos en carbono se maquinan fácilmente en la mayoría de las operaciones con un aceite ligeramente sulfurizado. Los aumentos en el porcentaje de carbono requieren aumentos correspondientes en la superficie de ingrediente activo en el líquido de corte. Los aceros de aleación y resistentes a la corrosión y el metal Monel generalmente producen largas rebabas que se enroscan y apoyan pesadamente sobre la herramienta, requiriendo así tipos de aceites bastante sulfurizados o sus equivalentes. Las aleaciones de cobre de corte libre, tales como cobre al plomo, bronce al plomo y bronce amarrillo de corte libre, se pueden maquinar con un aceite mineral de baja viscosidad o con una emulsión de aceite soluble. Las aleaciones de cobre fácilmente maquinables como el bronce rojo y amarillo, el bronce manganeso, el metal Muntz, el bronce Tobin y la plata-níquel con plomo, se pueden maquinar con un aceite sulfurizado, no corrosivo, con más o menos 0.5% de azufre adicional, o con aceites minerales compuestos que contengan desde 5% a 15% de aceite graso. El cobre mismo y sus aleaciones fuertes tales como el bronce comercial, bronce fosforado, plata-níquel y aleaciones de cobre aluminio, se pueden maquinar con un aceite sulfurizado no corrosivo que contenga de 1 a 3% de azufre adicionado, o aceites compuestos con 10 a 20% de aceite graso. El aluminio y sus aleaciones, excepto las que tienen alto contenido de sílice, se maquinan fácilmente. Las aleaciones de maquinado libre se pueden maquinar con un aceite mineral ligero o emulsión de aceite soluble. Las aleaciones de características de maquinabilidad más mala requieren un aceite de baja viscosidad fortificado con un agente de aceitosidad o mojado. Este último tipo de aceite es apropiado para prácticamente todas las aleaciones de aluminio así como

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para metales blancos (cinc y sus aleaciones), y generalmente se verá que es superior a un aceite soluble. El aluminio es maquinado a velocidades mucho más altas que el acero. Las herramientas deben ser afiladas de modo que se obtenga una acción de corte eficaz, siendo necesario para el aluminio un ángulo de incidencia en las caras laterales y superior considerablemente mayor que en el caso del acero. La tolerancia debe ser lo suficientemente grande para evitar frotamiento, pero una tolerancia demasiado grande puede ocasionar castañeteo. El magnesio y las aleaciones altas en magnesio deben maquinarse con un aceite de muy baja viscosidad. No se deben usar aceites solubles debido al riesgo de incendio creado como resultado de la afinidad del magnesio por el agua. El titanio y las aleaciones ricas en titanio tienen propiedades termales y de formación de rebabas muy especiales lo cual las hace difíciles de maquinar. Se necesitan velocidades de corte bajas y cortes pesados con refrigerantes adecuados debido a su baja conductividad térmica y su tendencia a pegarse. Las herramientas deben ser muy filosas y reafilarse a los primeros indicios de que están romas. Las emulsiones de aceite soluble o soluciones alcalinas se usan para el afilado y los aceites sulfurizados son generalmente satisfactorios para las diversas operaciones de maquinado. Al esmerilar se genera una cantidad considerable de calor. Emulsiones diluidas que contengan de 50 a más de 100 partes de agua por una parte de aceite soluble, generalmente se usan para esmerilar superficies y cilindros usándose emulsiones menos diluidas para esmerilar sin centros. El asentamiento es una operación especial de acabado de superficies que requiere un líquido de corte de baja viscosidad, preferiblemente alguno que esté fortificado con una base sulfurizada u otros aditivos apropiados. Un aceite de corte del tipo comúnmente usado para maquinar aluminio, generalmente será satisfactorio para asentar metales ferrosos. Asimismo, un tipo de aceite de corte de base sulfurizada no corrosivo, que contenga de 4 a 5% de azufre agregado puede ser rebajado con la mitad de una parte equivalente de kerosene para hacer un aceite de asentar satisfactorio para metales ferrosos.

Aceites solubles. Al emulsificar aceites solubles para cortar metal y esmerilar, el aceite siempre se debe agregar al agua para obtener el tipo de emulsión deseada de aceite en agua. Si el agua es agregada al aceite, puede obtenerse una emulsión inestable de agua en aceite.


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Las aguas duras o las que tienen una reacción ácida, tienden a causar la formación de emulsiones inestables y a oxidar el acero. Si hay oxidación de las piezas de trabajo o de la máquina, el uso de más o menos media onza de fosfato trisódico por galón de emulsión, generalmente ablandará el agua lo suficiente para vencer cualquier dificultad ocasionada por el agua dura. Si la dureza del agua se conoce en términos de granos por galón, una regla general consiste en agregar más o menos 1,5 onzas de agente ablandador del agua por cada 100 galones de emulsión por grano de dureza. La mayoría de las emulsiones de aceite soluble se rompen al agregarles ácidos u otras materias fuertes, por ejemplo, una solución concentrada de sal amoniacal (cloruro de amonio). Esto ofrece un medio conveniente de probar la fuerza de las emulsiones en servicio. Si se coloca una muestra medida de emulsión en un recipiente de vidrio graduado y la emulsión se rompe mediante solución de ácido o sal amoniacal, la cantidad de aceite separado se puede determinar fácilmente y las proporciones de aceite y agua pueden computarse sobre la base de emulsión inicial. Puede ser necesario un lapso de varias horas para lograr la completa separación de la emulsión.

Aceites Solubles de Servicio Pesado Un aceite soluble de servicio pesado es el que contiene un aditivo extrema presión, el cual permite el uso de una emulsión para operaciones de maquinado y esmerilado que de otra manera requerirían un tipo no soluble. Las emulsiones hechas con este tipo de aceite tienen excelentes características para soportar cargas, además de buenas propiedades de enfriamiento. Un aceite soluble de servicio pesado no sustituye a los aceites sulfurizados convencionales o del tipo equivalente para operaciones severas. Para muchas operaciones sin embargo, en aceros de corte libre, incluyendo fresado, torneado, taladrado y aserrado, la vida de la herramienta, es por lo menos igual a la que se obtiene con un aceite no soluble. Una proporción aceite-agua de una parte de aceite soluble de servicio pesado por 15 partes de agua servirá bien en la mayoría de los casos. Para trabajos menos severos de fresado, taladrado y torneado, serán satisfactorias generalmente 30 partes de agua.

Aceites de Doble Uso. Los aceites de corte que no son corrosivos al cobre y sus aleaciones y que tienen buenas propiedades de estabilidad y características de viscosidad apropiadas, se pueden usar también como lubricantes de máquinas herramientas. En las máquinas de tornillos automáticas, es particularmente

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deseable usar un aceite tanto para cortar como para lubricar, debido a la posibilidad siempre presente de que se filtre el aceite lubricante al sistema de aceite de corte, disminuyendo con ello la efectividad de éste último. Un aceite soluble de servicio pesado, cuando es diluido con más de 20 partes de agua, también es apropiado para dobles usos en algunas máquinas, pero debe tenerse cuidado en no recomendar una emulsión para la lubricación de máquinas equipadas con discos de embrague u otras partes hechas con fibra, o algún material que no sea completamente resistente al agua.

22.4 APLICACION DE LOS ACEITES DE CORTE La máquina en que el fluido de corte es aplicado influye considerablemente sobre la vida de la herramienta y la operación de maquinado. generalmente no se necesita usar equipo especial para aplicar el fluido y obtener resultados óptimos. Mayor vida para la herramienta, mayor producción, mejor acabado y menor consumo de energía, todo ello es posible con los métodos convencionales de aplicación a baja presión, si se siguen los siguientes principios básicos: 22.4.1 Aplique el fluido en una corriente copiosa de manera que el filo cortante de la herramienta y la obra queden completamente envueltos. Además suministrar una cantidad de fluido adecuada al punto de contacto de la herramienta y la pieza, un flujo copioso provee acción enfriadora que mejora la vida de la herramienta al evitar una elevación indebida de la temperatura. Una regla empírica para operaciones con torno es que el suministro del refrigerante debe hacerse por una boquilla con un diámetro interior de por lo menos tres cuartas partes del ancho de la herramienta. 22.4.2 El refrigerante debe dirigirse a la zona de formación de rebaba y la porción de la herramienta que produce la rebaba debe quedar completamente envuelta. Para operaciones de torneado y rectificado horizontal es conveniente una boquilla adicional que suministre refrigerante desde abajo al punto de contacto de la herramienta. 22.4.3 Para operaciones de esmerilado un flujo copioso de refrigerante a baja presión, generalmente dará óptimos resultados. Cuando la aplicación de un gran volumen resulte en demasiada salpicadura, es preferible instalar protectores contra la salpicadura indebida y no reducir la cantidad de flujo.


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22.4.4

Para operaciones de limado y taladrado horizontal, la aplicación del refrigerante a través de herramientas huecas es preferible a la aplicación externa ya que esto provee una cantidad adecuada en los filos cortantes y lava expulsando la rebaba fuera del orificio.

22.4.5

Para cortes de fresa helicoidal el refrigerante debe ser aplicado en cantidad copiosa tanto al lado de entrada como al de salida del cortador mediante boquillas en forma de abanico con ancho de más o menos tres cuartas partes del ancho del cortador de la fresadora. Para cortes de caras es conveniente usar un distribuidor tipo anillo que dirija el refrigerante a todos los filos cortantes y mantenga el cortador completamente bañado con dicho líquido enfriador.

Figura 22.2 Método incorrecto de aplicar el aceite de corte

Figura 22.3 Método correcto de aplicar aceites de corte

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22.5 INFECCIONES DE LA PIEL A veces se presenta entre los usuarios de líquidos de corte una infección de la piel o dermatitis. Aunque el fluido de corte en sí mismo rara vez es el responsable; excepto como vehículo y cultivo para gérmenes y bacterias introducidas desde una fuente exterior, sin embargo el prejuicio que se puede crear contra el aceite en uso hace imperativa una pronta acción para buscar el origen del mal. Medidas preventivas sencillas pero efectivas, generalmente eliminarán la posibilidad de que se presenten enfermedades de la piel. La limpieza de manos, brazos y ropas de trabajo es el factor más importante para evitar enfermedades de la piel. El uso de jabones al finalizar el trabajo y el lavado o cambio de ropas por lo menos una vez por semana ayudará en lo anterior. La primera y más importante cosa que hay que hacer cuando se investiguen infecciones de la piel es recomendar que todo el personal afectado sea relevado del trabajo y transferido a otra tarea hasta que se cure; de otra manera el control y eliminación del mal es difícil. El siguiente paso es vaciar y reponer, o esterilizar, el fluido de corte para eliminar todos los gérmenes o bacterias presentes. El paso final es instituir hábitos de limpieza que eliminen la epidemia y eviten su reaparición.

CAPITULO 23

SISTEMAS Y FLUIDOS HIDRAULICOS El uso de un líquido para transmitir potencia se basa en el principio por el cual la presión aplicada a un fluido en cualquier punto es transmitida sin disminución y con la misma intensidad en todas direcciones. Es decir, que si por medio de un pistón se aplica una presión de 10 psi, en un sistema cerrado, se ejercerá la misma fuerza por unidad de área en todos los puntos del sistema. Es más si el área del pistón que ejerce la presión es de una pulgada cuadrada y el líquido actúa sobre otro pistón con área de 100 pulgadas cuadradas, la fuerza total que actúa sobre el pistón mayor será 100 veces la del pistón pequeño o 1.000 libras. Aunque los sistemas y circuitos hidráulicos se pueden clasificar en diversas formas desde el punto de vista práctico se les puede agrupar en tres clases generales. La primera consiste en sistemas simples en donde el fluido bajo presión actúa sobre un pistón y produce movimiento del pistón en línea recta. Los elevadores hidráulicos, prensas hidráulicas sencillas y gatos hidráulicos se encuentran en esta clase. En la segunda clase un líquido bajo presión proveniente de una bomba se usa para operar un motor fluido, el cual puede producir movimiento rotatorio o reciprocante a una velocidad constante o variable en el extremo de salida de la potencia. La tercera clase comprende acoples fluidos y convertidores de torque.

23.1 SISTEMAS HIDRAULICOS INDUSTRIALES En todos los sistemas, exceptuando los sistemas simples que usan pistones operados a mano, la presión hidrostática de un sistema hidráulico es producida mediante una bomba de potencia. El volumen y presión del fluido hidráulico se controlan por medio de válvulas de varias clases, o variando el rendimiento de la bomba. El fluido bajo presión acciona pistones o motores hidráulicos para producir el movimiento deseado en el extremo de salida.

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Se emplean varios tipos de bombas para producir la presión hidráulica necesaria. Estas incluyen bombas de pistón reciprocante, pistón rotatorio, engranajes centrífugos, externos e internos, de aspas y de tornillo. Las bombas de pistón reciprocante, engranes, aspas y tornillo generalmente son del tipo de pistón constante y desplazamiento constante, y el control del rendimiento se obtiene por válvulas de papalote o mariposa y otros tipos de válvulas de línea. El exceso de aceite por encima del requerido por el motor fluido es regresado al depósito de aceite por medio de una válvula de alivio. Las bombas de pistón rotatorio pueden ser de desplazamiento constante o desplazamiento variable. En éste último tipo el control del rendimiento se obtiene por variaciones en el rendimiento de la bomba. El motor hidráulico recibe líquido bajo presión y convierte la energía hidráulica en energía mecánica. Estos motores pueden ser del tipo de engrane, aspa, pistón rotatorio o pistón reciprocante, para impartir movimiento en línea recta. En muchos casos, se usan dos o más tipos de motores en el mismo equipo para obtener diversos movimientos en los extremos de salida. Un acople fluido consiste en dos rotores paralelos colocados uno frente a otro, encerrados dentro de una caja, teniendo cada rotor un juego de aspas. Un rotor llamado impulsor, está montado en la flecha impulsora, y el otro, llamado impulsado, está montado sobre la flecha impulsada. No existe conexión mecánica entre los dos, siendo la fuerza impulsora transmitida enteramente por la energía cinética del aceite dentro de la caja. Conforme gira el impulsor imparte energía al aceite impelido a través del espacio hasta el engrane impulsado, haciendo que éste último gire también. El acople fluido se uso industrialmente como acople flexible o embrague entre cargas impulsoras e impulsadas y cuando así se le usa no multiplica el torque. El convertidor de torque difiere del acople fluido en que tiene aspas estacionarias entre los elementos rotatorios para obtener la multiplicación del torque según se requiera para las condiciones de la carga. En algunos sistemas hidráulicos se usan acumuladores, para asegurar un suministro adecuado de fluido bajo presión, particularmente cuando se requieren altas cantidades de flujo por períodos de tiempo cortos. Los acumuladores se encargan de las condiciones creadas por la expansión térmica y repentinos requerimientos de carga. En sistemas grandes el acumulador puede ser un pistón grande o ariete que trabaja dentro de un cilindro. El pistón se mueve hacia adentro o hacia afuera, según que esté recibiendo o entregando fluido hidráulico. Un recipiente que usa aire bajo presión, en lugar de un pistón con carga, también es comúnmente usado. Los sistemas más chicos pueden usar acumuladores del tipo de diafragma o bolsa de gas.

CAPITULO 23 : SISTEMAS Y FLUIDOS HIDRAULICOS ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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A menudo se usan auxiliares multiplicadores para incrementar la presión del fluido en un sistema hidráulico en uno o más puntos, cuando la presión requerida en estos puntos es mayor que la suministrada por la bomba. Son dispositivos operados con líquido o aire que generalmente consisten en pistones de doble acción de diferente tamaño que trabajan sobre el principio que el aumento de presión es proporcional a la diferencia en las áreas de los dos pistones.

Los filtros se usan en los sistemas hidráulicos para remover contaminantes que pudieran causar daño a las partes altamente acabadas de las bombas, motores y válvulas. Deben eliminar los contaminantes hasta de un micrón de tamaño y no deben impedir el flujo. Se fabrican en varios tipos, incluyendo lana de metal, metal estrechamente empacado o discos de papel, filtros absorbentes y adsorbentes y filtros magnéticos. Nunca se debe permitir que se carguen completamente con contaminantes porque pierden su capacidad para limpiar el aceite. Los filtros adsorbentes del tipo de tierras Fellers no deben usarse con aceites con inhibidores porque pueden remover o eliminar los aditivos.

23.2 SELECCION DE UN FLUIDO HIDRAULICO El agua a menudo se usa para sistemas hidráulicos sencillos, pero para uso general tiene las denventajas de su baja viscosidad produciendo por tanto fugas en algunos tipos de bombas y motores, se congela a temperaturas moderadamente bajas, propicia la corrosión y no es un buen lubricante. Los aceite refinados del petróleo, por otra parte, son ideales para este servicio. Pueden ser producidos en la viscosidad que se desee, con el punto de fluidez suficiente para trabajar a bajas temperaturas, proporcionan protección contra la corrosión y lubrican las partes móviles de bombas, motores hidráulicos y válvulas. Gracias a estas características los aceites lubricantes se usan extensamente como fluidos hidráulicos. Un fluido hidráulico debe poseer las siguientes características: 23.2.1 Debe tener una viscosidad suficientemente baja para dar la fluidez necesaria, pero no tan baja para determinados tipos de bombas donde puede fugarse en forma excesiva por pistones y sellos. 23.2.2

Debe permanecer fluido a las diferentes temperaturas a las cuales estará sometido el sistema.

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23.2.3 Debe proporcionar protección contra la corrosión por humedad. 23.2.4

Debe proporcionar lubricación a las partes móviles de bombas o motores hidráulicos en contacto con el medio fluido. 23.2.5 Debe resistir la oxidación, emulsificación y no hacer espuma. 23.2.6 Debe tener un buen índice de viscosidad de modo que tenga el mínimo de cambios de viscosidad con el cambio en la temperatura. 23.2.7 No debe tener acción perjudicial sobre sellos y otros materiales usados en sistemas hidráulicos. Para sistemas hidráulicos simples y gatos o elevadores que emplean una bomba del tipo émbolo, es satisfactorio un aceite de baja viscosidad (100 a 350 o SSU a 100 F), que permanezca fluido a la temperatura a que está expuesto el sistema. Para los sistemas más complicados de motores hidráulicos, aceites con inhibidores de oxidación y herrumbre, con viscosidades de 150 a 350 SSU a 100oF son los más comúnmente utilizados. Algunos sistemas requieren aceites de más alta viscosidad por las características de la bomba y el motor. Siempre deben consultarse las instrucciones del fabricante al seleccionar un aceite del grado de viscosidad apropiada. Cuando los sistemas hidráulicos están diseñados para usar aceites del petróleo es importante que usen empaquetaduras resistentes al aceite. El hule natural se deteriora rápidamente cuando está continuamente en contacto con el aceite. Existen materiales sintéticos que son altamente resistentes al aceite, particularmente a los aceites parafínicos con alto punto de anilina. Cuando se utilizan sellos de cuero deben ser del tipo conocido como resistente al aceite. Debe tenerse en cuenta además que cuando se trabaja a presiones muy elevadas, estas influyen notablemente en la viscosidad del fluido de tal forma que con presiones del orden de 3.000 psi la viscosidad puede aumentar en un 25%.

23.3 FLUIDOS HIDRAULICOS RESISTENTES AL FUEGO El interés por los fluidos hidráulicos resistentes al fuego busca una mayor protección para los trabajadores. Se utilizan en instalaciones subterráneas y en las fundiciones, donde los sistemas hidráulicos se encuentran próximos a posibles fuentes de incendio. Se pueden clasificar en tres grandes grupos:

CAPITULO 23 : SISTEMAS Y FLUIDOS HIDRAULICOS ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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23.3.1 Emulsiones de agua en aceite. 23.3.2 Mezclas de agua con glicoles y poliglicoles. 23.3.3 Medios hidráulicos sintéticos a base de hidrocarburos clorados y ésteres fosfóricos.

Las emulsiones de agua en aceite no han dado muy buenos resultados ya que producen desgastes excesivos en las instalaciones, requiriendo por otra parte, un control constante de su contenido de agua. Lo mismo puede decirse de las mezclas de agua con glicoles que, desde el punto de vista mecánico, son inferiores a los aceites minerales. Los fluidos hidráulicos a base de productos sintéticos, son costosos y requieren ciertas precauciones desde el punto de vista fisiológico. Su precio es de aproximadamente un 150% mayor que un buen aceite hidráulico convencional, pero esto se ve compensado por su mayor duración. Pueden utilizarse a o temperaturas hasta de 100 C y poseen una excelente curva viscosidadtemperatura, elevada resistencia al envejecimiento y a la presión y no son corrosivos.

23.4 FALLAS EN LA OPERACION DE SISTEMAS HIDRAULICOS El castañeteo de una bomba, que se reconoce fácilmente por el ruido característico, generalmente es causado por cualquier condición que limite el flujo de aceite hacia el interior del lado de succión de la bomba. Las causas posibles son: fuga de aire hacia el lado de succión, rejilla de admisión tapada, bomba gastada, uso de aceite demasiado viscoso, velocidad excesiva de la bomba, aspas pegadas, y desalineamiento entre la bomba y el motor. En algunos casos, una válvula de alivio defectuosa también castañetea. El flujo insuficiente de aceite puede ser resultado de usar un aceite demasiado viscoso, bajo nivel de aceite en el depósito, válvulas de admisión pegadas, fuga de aire en el lado de succión o velocidad insuficiente que evita que la bomba se cebe así misma. La pérdida de presión de aceite puede ser causada por bajo nivel de aceite en el depósito, excesiva fuga por válvulas de retención y alivio, válvulas de regulación y alivio pegadas, o uso de un aceite de viscosidad inapropiada.

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El sobrecalentamiento de un aceite se puede deber al uso de un aceite demasiado viscoso, funcionamiento incorrecto del sistema de enfriamiento, partes internas desgastadas que permiten fugas internas, o válvulas de retención o alivio con fugas. Al investigar las dificultades de operación, deben comprobarse las siguientes causas de funcionamiento indebido: 23.4.1 Uso de un aceite del tipo o viscosidad inapropiado. 23.4.2 Ajustes defectuosos. 23.4.3 Nivel de aceite bajo o cantidad de aceite insuficiente en el sistema. 23.4.4 Fugas de aire al interior del sistema. 23.4.5 Fugas internas o externas. 23.4.6 Enfriamiento inadecuado. 23.4.7 Condición mecánica defectuosa. 23.4.8 Válvulas con fugas o indebidamente asentadas. 23.4.9

Presencia de materias extrañas, como empaquetaduras gastadas, lodo, agua, etc.

polvo,

herrumbre,

CAPITULO 24

ACEITES PARA TRANSFORMADORES Un transformador eléctrico es un aparato mediante el cual se recibe electricidad a un voltaje y se entrega a otro voltaje, ya sea más alto o más bajo. Está formado por dos bobinas enrolladas en un núcleo de hierro; una bobina recibe energía y se llama bobina primaria, y la otra entrega energía y se llama bobina secundaria. Todas las pérdidas de energía en el transformador se manifiestan en forma de calor, el cual debe ser disipado. Los transformadores pequeños se enfrían por aire, pero en los transformadores grandes se utiliza aceite para el enfriamiento y este cumple además la función de aislamiento. La energía eléctrica es prácticamente uno de los servicios públicos más importantes con los que cuenta actualmente el hombre y de su buen funcionamiento dependen casi todas las actividades de la sociedad moderna. La forma eficiente como se preste este servicio depende primordialmente de la buena forma como trabajen los Transformadores de Potencia y Distribución. Dentro del mantenimiento preventivo dado a estos transformadores se da una gran importancia hoy en día a la calidad del aceite utilizado, siendo este el responsable en gran parte de la vida útil del aparato.

24.1 REQUERIMIENTOS DEL ACEITE Los aceites para transformadores deben ser de un alto grado de refinación con el fin de lograr una operación eficiente. Dependiendo del tamaño del transformador la capacidad de éste varía desde unos cuantos galones hasta más de 30.000 galones. Los usos principales del aceite, también conocido como aceite aislante, son transferir calor desde las bobinas a la caja del transformador y de ahí a la atmósfera, evitar las fugas de corriente eléctrica y mantener el aislamiento. Para cumplir estas funciones eficientemente. Un buen aceite para transformador debe tener las siguientes características:

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24.1.1 Alta rigidez dieléctrica, o sea resistencia al paso de la corriente eléctrica. Se considera satisfactoria una rigidez de 25.000 voltios (25 KV), determinada según norma ASTM D 87. 24.1.2 Estar libre de humedad. La más ligera traza de humedad baja la rigidez dieléctrica. 24.1.3 Buena estabilidad a la oxidación o resistencia al envejecimiento y a la formación de lodos. 24.1.4

Una viscosidad suficientemente baja para permitir que se formen buenas corrientes de convección para disipar el calor.

24.1.5 Un punto de fluidez suficientemente bajo para asegurar la fluidez en climas fríos. 24.1.6 Un punto de inflamación suficientemente alto para reducir al mínimo el peligro de incendio. 24.1.7 Baja volatilidad para reducir al mínimo las pérdidas por evaporación. 24.1.8 Color claro que indique su alto grado de refinación y permita examinar las conexiones eléctricas sumergidas sin sacar el aceite. 24.1.9 Estar libre de sales químicas y otras formas de contaminación. 24.1.10 Estar exento de azufre libre y azufre corrosivo. 24.1.11 Ser neutral o tener un bajo número total de ácido. 24.1.12 Tener buena demulsibilidad. 24.1.13 Tener una baja tendencia a la formación de gases bajo las condiciones de funcionamiento del transformador.

24.2 PURIFICACION DEL ACEITE Los servicios públicos y otros grandes usuarios de aceite de transformador emplean varios medios para purificar el aceite y quitar la humedad y los productos de oxidación al aceite en servicio. El método convencional es de centrifugación seguida de absorción por prensa. Los purificadores portátiles

CAPITULO 24 : ACEITES PARA TRANSFORMADOR ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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comúnmente utilizados tienen una centrífuga y una prensa de absorción montadas sobre una base adecuada con ruedas para transportarla de un transformador a otro. A veces se usa equipo de purificación, más complicado, empleando tratamientos con tierra Fuller o diatomácea seguidos de filtración. Tales equipos deben ser manejados con cuidado bajo supervisión experta para resultados óptimos. La tierra Fuller y otros medios filtrantes de absorción no deben usarse para tratar aceites de transformador con inhibidores, debido a la posibilidad de eliminar los aditivos.

24.3 EVALUACION DE UN ACEITE DE TRANSFORMADOR USADO No existen criterios o normas generalmente aceptadas para determinar cuando se debe cambiar un aceite de transformador. La práctica varía considerablemente entre los diversos servicios públicos y otros grandes usuarios. Un número de neutralización entre 0.3 y 0.8 mg KOH/g de aceite o una rigidez dieléctrica menor de 15 KV sobre una muestra seca, se consideran valores de peligro para algunas personas. Otros criterios consideran la evaluación de por lo menos tres características tales como el color, la tensión interfacial y el número de neutralización para tomar una decisión al respecto. Un criterio interesante es el que considera no solo el valor de una muestra en particular sino la rapidez en el cambio de las características, lo cual es un indicio que el aceite se está aproximando al final de su vida útil. La tensión interfacial contra agua es actualmente reconocida como uno de los mejores índices de la condición del aceite aislante. La correlación de los resultados de la prueba de tensión interfacial con las condiciones reales del aceite de transformador durante un período de varios años en un servicio público de gran magnitud, puso de manifiesto que los aceites usados que tienen valores por debajo de 13 dinas/cm estaban todos formando lodos, mientras que los que tenían más de 21 estaban en condiciones satisfactorias. Un valor de tensión interfacial de 18 dinas/cm se considera como un punto práctico para determinar el cambio del aceite. En este punto es probable que el aceite no haya empezado a formar lodo, pero se está aproximando al final de su vida útil o requiere ser extraído y purificado.

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24.4 CUIDADOS DE LOS ACEITES DE TRANSFORMADOR Estos aceites deben manejarse cuidadosamente en el almacenaje o cuando se vacían de los recipientes originales para evitar contaminación. Aún la más ligera traza de humedad, como la que podría ser absorbida de la atmósfera por un aceite en un recipiente abierto, disminuirá la rigidez dieléctrica hasta un valor muy bajo. El peligro de que los aceites aislantes se contaminen por su almacenamiento o por su manejo se puede reducir al mínimo teniendo las siguientes precauciones: 24.4.1 Cuando un recipiente de aceite se recibe o ha sido movido, inspeccione su dispositivo de cierre para asegurarse que no ha sido aflojado por el manejo o las variaciones de temperatura. 24.4.2 Proteja los tambores de aceite aislante almacenados a la intemperie contra la lluvia, y póngalos sobre bloques para evitar que descansen sobre el suelo mojado u otras superficies húmedas. Nunca permita que un tambor sea colocado verticalmente, sino que lo acuesten de costado con los tapones hacia abajo a cierto ángulo para que no se acumule nada de agua alrededor de la abertura, y que tampoco el tapón sea un punto de goteo. 24.4.3 Cuando un envase de aceite frío es llevado a un cuarto caliente, suda, y si se abre inmediatamente es probable que la humedad contamine el aceite. Para evitar esto el tambor debe dejarse hasta que alcance la temperatura del cuarto antes de aflojar el tapón. 24.4.4

Esto puede requerir entre 8 y 10 horas dependiendo de la diferencia inicial de temperaturas y el volumen y forma del envase.

24.4.5 Para evitar la condensación de la humedad del aire cuando se está llenando el equipo, el aceite debe tener en lo posible la misma temperatura que el equipo. En ningún caso la temperatura del aceite o debe ser inferior, y nunca más de 20 F arriba de la del receptáculo en donde está siendo vaciado. 24.4.6

La preparación para llenar el aparato, tanto a la intemperie como bajo techo debe hacerse en las mejores condiciones atmosféricas posibles y deben tomarse todas las precauciones para evitar la contaminación por humedad.

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24.4.7 Los recipientes usados para transvasar el aceite deben estar secos y libres de polvo. No debe usarse ropa ni trapos con pelusa para limpiar estos receptáculos, pues parte de la pelusa inevitablemente quedará adherida y contaminará el aceite. Como la pelusa de algodón se carboniza fácilmente afecta adversamente las propiedades dieléctricas. 24.4.8 Debe utilizarse una manguera metálica para transvasar el aceite de los tambores de acero, de preferencia a una manguera de caucho, la cual puede descomponerse por los aceites del petróleo. 24.4.9

Cuando se transvasa aceite de recipientes donde ha estado almacenado hay la posibilidad de que se hayan desprendido escamas de metal durante el manejo. Debe evitarse esta posibilidad centrifugando o filtrando el aceite antes de colocarlo en el equipo. Donde no puede hacerse lo anterior, el aceite debe ser colado a través de por lo menos dos telas gruesas de tejido cerrado que hayan sido perfectamente lavadas y secadas. También se recomiendan los cambios frecuentes de telas.

24.4.10 Los tambores vacíos que han contenido otros aceites nunca deben volverse a llenar con aceite aislante. 24.4.11 Cuando el aceite de transformador es comprado en carrotanques, puede absorber trazas de humedad y debe ser centrifugado o purificado por el cliente antes de usarlo.

Figura 24.1 Transformador de distribución inmerso en aceite

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24.6 ESPECIFICACIONES SEGUN NORMA ASTM 3487 CARACTERISTICAS

ASTM

VALORES

FISICAS: o

Punto de anilina, C Color, max o Punto de Inflamación, min C Tensión interfacial,min,din/cm o Punto de fluidez, max, C Gravedad Específica, max Viscosidad, max, cSt(SSU) a: o 100 C o 40 C o 0 C Examen visual ELECTRICAS: Rigidez Dieléctrica a 60 Hz Electrodos disco, min, KV Electrodos VDE, min, KV (0.04") (0.08") Factor de potencia a 60 Hz,max % o 25 C o 100 C

D - 611 D - 1500 D - 92 D - 971 D - 97 D - 1298 D - 445 o

D - 88 3.0(36) 12.0(66) 76 (350) C&B

D - 1524

D - 877 D - 1816

30 28 56

D - 924 0.05 0.3

CARACTERISTICAS QUIMICAS: Estabilidad a la oxidación (prueba lodo ácido) 72 horas: % lodo en peso, max TAN, max 164 horas: % lodo en peso, max TAN, max Estabilidad a la oxidación (bomba rotatoria), min, mi Contenido inhibidor oxidación max % peso Azufre corrosivo Agua, max, ppm TAN, max, mg KOH/g

63 - 78 0.5 145 40 - 40 0.91

ASTM

VALORES

D - 2440

0.1 0.3 0.2 0.4 D - 2112 195 D - 1473 o D - 2668 D - 1275 D - 1315 o D - 1533 D - 974

0.3 NC 35 0.03

CAPITULO 25

ACEITES PARA TRANSFERENCIA DE CALOR

El aceite mineral se usa en grado considerable como medio para transferir calor en donde materiales tales como sustancias químicas, asfaltos, pinturas, barnices, etc., son calentados y mantenidos a temperaturas que oscilan entre 300oF (150oC) hasta 600oF (315oC). Estos sistemas de calentamiento, consisten esencialmente de un absorbedor de calor para calentar el aceite, una bomba para circular el aceite a través del absorbedor y hasta autoclaves o recipientes con camisas que contengan el material que va a ser calentado, y un tanque de expansión para las variaciones de volumen del aceite conforme cambie su temperatura. El aceite puede ser calentado en calderas de petróleo o gas, o por elementos térmicos eléctricos. El equipo auxiliar necesario como termómetros, respiraderos, filtros, válvulas de alivio, trampas de aire y válvulas de cierre automáticas, también quedan incluidos. La capacidad de aceite en los diferentes sistemas fluctúa desde unos cuantos galones hasta 30.000 galones. La alta temperatura sostenida a la que es sometido el aceite en servicio requiere un producto que tenga excepcional resistencia a la descomposición térmica ("cracking"). Aunque la temperatura promedio del aceite que sale del o o absorbedor de calor raramente es más de 600 F (315 C), las delgadas películas en contacto con los tubos del horno están sometidas a temperaturas mucho más altas. Este continuo sobrecalentamiento localizado en una pequeña porción del aceite adyacente a las superficies de calentamiento tiende a causar la descomposición con la formación resultante de fracciones ligeras y pesadas y, coque o aceite carbonizado. La pequeña cantidad de fracciones ligeras formadas como resultado de la descomposición térmica causa una ligera reducción en el punto de inflamación. Estas reducciones ocurren poco después de haberse instalado una carga nueva de aceite. Finalmente se llega a un equilibrio después de lo cual solamente hay variaciones menores. Esto es característico de tales sistemas y no debe causar alarma. En sistemas cerrados, donde solamente la superficie del aceite en el tanque de expansión

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queda expuesta al aire, la oxidación no constituye un factor importante en el deterioro del aceite. La velocidad de reacción a la que ocurre la descomposición térmica de los aceites del petróleo, es afectada tanto por el tiempo como por la temperatura. Una descomposición muy lenta comienza alrededor de 575oF (300oC), pero no se hace apreciable hasta más o menos 750oF (400oC). Es muy rápida a temperaturas de 850oF (450oC) y superiores. La velocidad de la descomposición térmica, o "cracking", para un tiempo dado se calcula que se dobla cada 20oF (12oC) de elevación en la temperatura arriba del punto de "cracking". Por encima de este valor el tiempo influye en la descomposición térmica aproximadamente en forma lineal. La temperatura promedio del aceite, medida al salir del absorbedor de calor, no representa la temperatura máxima a la cual es calentado. Las películas delgadas próximas a los tubos del absorbedor de calor, o a los elementos eléctricos de calentamiento en el caso de calentadores eléctricos, se encuentra a una temperatura considerablemente más alta, debido al sobrecalentamiento localizado, dependiendo la temperatura real del grado de turbulencia y la velocidad del aceite. Para obtener mejores resultados, cualquier sistema de transferencia de calor que use aceite de petróleo debe estar diseñado de manera que el flujo de aceite en el absorbedor de calor sea turbulento en vez de laminar. Asimismo, la velocidad del aceite a través del absorbedor de calor debe ser suficientemente alta para disminuir el sobrecalentamiento localizado. El verdadero índice del funcionamiento de aceites en sistemas de transferencia de calor es el grado en que ocurre la formación de coque en los tubos del absorbedor de calor, así como la cantidad de sedimento depositado en el tanque de expansión y otras partes del sistema. Hay muy poco movimiento del aceite en el tanque de expansión y, por consiguiente, gran parte del sedimento en el aceite se deposita en este lugar. Todos los aceites de petróleo se descomponen hasta cierto grado cuando se o les somete a temperaturas del orden de 600 F durante períodos de tiempo prolongados. Para temperaturas más altas las características de destilación son un factor. También, es de gran importancia la resistencia de los productos a la descomposición térmica y a la polimerización por la que se transforman en materiales que forman depósitos que ensucian las superficies de transferencia de calor. En general, los aceites nafténicos de naturaleza aromática, son más resistentes a descomponerse que los de tipo parafínico. Sin embargo, los aceites parafínicos generalmente tienen puntos de ebullición más altos que los de tipo nafténico y para temperaturas mayores de 600oF es muy importante. Como las temperaturas superficiales del aceite que pasa a través del absorbedor de calor son considerablemente más altas que la temperatura

CAPITULO 25 : ACEITES PARA TRANSFERENCIA DE CALOR ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯--

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promedio de todo aceite y como los múltiples no son nunca perfectos, los aceites parafínicos de más alto punto de ebullición son preferibles para servicios a altas temperaturas. El funcionamiento de un sistema de transferencia de calor por aceite depende tanto del diseño y operación del sistema como de las características del aceite. Los siguientes puntos sobre diseño y operación de sistemas se dan con el objeto de aumentar la vida útil de los aceites y asegurar índices máximos de transferencia de calor. 25.1 Las velocidades del aceite se deben mantener al máximo compatible con un consumo económico de potencia con el objeto de reducir la descomposición y la formación de coque para asegurar índices de transferencia de calor altos. Es conveniente una velocidad mínima de 6 pies/s sobre las superficies de transferencia de calor. 25.2 Deben usarse filtros tipo canastilla gemela y adecuados para que sea limpiado mientras el otro está en servicio. 25.3 El sistema debe ser instalado de manera que, hasta donde sea posible, no tenga zonas quietas que propicien los depósitos de productos de contaminación insoluble y la descomposición o la polimerización. 25.4 Debe proveerse un tanque de expansión de tamaño adecuado, incluyendo espacio para el asentamiento del agua. Hay que asegurarse que las líneas de retorno descarguen en resumideros por debajo del nivel del aceite. Esta línea debe quedar a suficiente distancia del fondo del tanque para ofrecer una zona para la precipitación de cualquier lodo que se pueda haber formado. Los tanques de expansión deben ser diseñados de modo que dejen un área mínima de aceite en contacto con el aire, puesto que una gran superficie de aceite caliente facilita la oxidación. 25.5 El tanque de expansión debe estar aislado tanto como sea posible del resto del sistema para mantener su temperatura tan baja como se pueda. En un sistema cerrado de transferencia de calor la superficie de aceite expuesta al aire en el tanque de expansión es el único lugar donde ocurre oxidación. Como la oxidación es directamente proporcional a la temperatura, el aceite debe mantenerse tan frío como sea posible en el área que quede en contacto con el aire. 25.6 Deben instalarse medios de drenado adecuados en todo sistema para asegurar la posibilidad de efectuar una limpieza correcta.

264


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25.7 Se recomienda que los sistemas sean limpiados periódicamente sacando el aceite y soplando con manguera de vapor de alta presión. Conviene secar con aire después de limpiar con vapor. 25.8

Debe efectuarse un muestreo periódico para su análisis con una frecuencia que dependerá de las condiciones de operación.

CAPITULO 26

PURIFICACION DE ACEITES Los aceites lubricante aplicados por métodos tales como circulación, salpique, baño, etc., en los que el lubricante es usado durante lapsos prolongados, están sujetos a las influencias deteriorantes del calor y a la contaminación con impurezas exteriores, lo cual con el tiempo deja al aceite inútil para el servicio deseado, a no ser que estas impurezas y productos de la descomposición del aceite sean parcial o totalmente eliminados mediante un proceso de purificación. La naturaleza de las impurezas extrañas que contaminan los aceites lubricantes varía con el tipo de servicio para el cual se usan los aceites, e incluye los siguiente: Agua Tierra y polvo Partículas metálicas Hollín del combustible Combustibles líquidos volátiles Residuos de combustibles pesados Productos de la combustión Otros tipos de aceites lubricantes

Los productos de la descomposición del aceite que pueden estar presentes en los aceites usados incluyen materia carbonosa y compuestos orgánicos complejos, formados como resultado de la oxidación del aceite, polimerización y descomposición térmica. Estos en combinación con el agua, tierra, etc. y el aceite bueno pueden formar lodos, algunos de los cuales tienden a asentarse en diversas partes de la máquina o motor y sus sistemas de lubricación. En ciertos tipos de equipo industrial, el aceite no está sometido a altas temperaturas y no se oxida mucho, pero puede estar contaminado con tierra, partículas metálicas y otros sólidos extraños; en otros tipos de equipo, como turbinas de vapor, la contaminación con sólidos es ligera, pero el agua se mezcla con el aceite y la temperatura es lo suficientemente alta para hacer que la oxidación del aceite sea un factor importante.

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26.1 METODOS DE PURIFICACION En vista de las variaciones a que están sometidos los aceites en diferentes equipos, respecto a condiciones de operación, no existe un método universal de purificación adecuado a todas las clases de servicios. Los principales métodos utilizados comercialmente son:

26.1.1 Precipitación. Consiste en dejar que el aceite sucio permanezca sin ser agitado durante un período de tiempo suficiente, para permitir que el agua y las impurezas sólidas se separen. Como este método depende de la diferencia en la gravedad específica de las impurezas y del aceite, los lodos y los productos de la oxidación del aceite que tengan la misma gravedad específica aproximada que el aceite no podrán ser eliminados. Por lo tanto, la precipitación es aplicable para la remoción del agua y partículas sólidas pesadas. Asimismo, como se requiere un período de varios días o semanas para una precipitación efectiva, este método no es apropiado cuando el aceite debe ser purificado rápidamente para su pronto retorno al servicio. Cuando se dejan asentar aceites usados, nunca se debe aplicar calor continuamente durante el proceso de precipitación, pues ello ocasionaría corrientes de convección que tenderían a evitar que las impurezas se asienten. En los casos en que es deseable calentar el aceite para facilitar la precipitación, se debe poner primero a la temperatura deseada y luego se debe suspender totalmente el calor.

26.1.2 Centrifugación. La centrifugación ofrece un medio de separación gravimétrica de las impurezas. Una fuerza centrífuga muchas veces mayor que la fuerza de gravedad se utiliza para separar del aceite bueno, el agua, polvo, tierra, metal desgastado, lodos y aceite oxidado, que tienen una densidad específica diferente. Este método es particularmente apropiado para los sistemas de turbinas de vapor y otros sistemas de lubricación por aceite en donde el principal contaminante es el agua.

26.1.3 Filtrado. Se utilizan filtros de rejilla de alambre. discos de fibra o metal espaciados, alambres dispuestos a espacios sumamente pequeños, tela o papel absorbente. Es una separación mecánica de las impurezas de mayor tamaño

CAPITULO 26 : PURIFICACION DE ACEITES ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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que las aberturas del medio filtrante. Con excepción del papel absorbente, los filtros no eliminan el agua u otros líquidos contaminantes y son útiles principalmente para eliminar partículas sólidas de tamaño relativamente grande.

26.1.4 Filtros Absorbentes. Son construidos de estopa, celulosa u otro material similar a través del cual es forzado el aceite sucio, y parte o todo el material sólido que constituye las impurezas es absorbido por la acción mecánica del medio filtrante. Cuando estos filtros se saturan con impurezas el cartucho del filtro se puede reponer con uno nuevo, pues de lo contrario no tendrá lugar ninguna purificación.

26.1.5 Filtros Adsorbentes. Utilizan arcilla (tierra Fuller), tierra diatomácea, o materiales similares, como medio para filtrar. Aunque los contaminantes sólidos son eliminados por la filtración mecánica, hay aquí además una acción adsorbente que elimina las impurezas coloidales y disueltas, así como los materiales resinosos y asfálticos y productos de la descomposición del aceite que no son fácilmente eliminados por los medios de filtración mecánica. La materia colorante también es eliminada hasta cierto punto con este tipo de filtro y, si el área de filtración es adecuada, produce aceite purificado claro y brillante. Muchos aditivos usados en los aceites lubricantes para mejorar la detergencia, antioxidantes y antiherrumbre son eliminados parcial o totalmente mediante la filtración por arcilla o tierra. Como el efecto equivale a cambiar el aceite con aditivos a aceite mineral puro, no es aconsejable usar filtros de arcilla o tierra para purificar los aceites con aditivos, a menos que el fabricante del filtro asegure que no se sufrirán efectos perjudiciales en tal sentido.

26.1.6 Filtración por Contacto. También implica el tratamiento con tierra o arcilla. Este material, en forma de partículas finamente divididas, se mezcla con el aceite sucio y la mezcla luego es forzada a través de un filtro-prensa. Las impurezas se adhieren y son absorbidas por la tierra que luego es separada por el filtro.

26.1.7 Destilación de Impurezas Volátiles. Se aplica para la remoción de combustibles volátiles tales como la gasolina, para retirarlos de aceites usados en motores de combustión interna. El proceso

268


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

consiste en la aplicación de suficiente calor para destilar el combustible volátil. Este método no es eficiente para eliminar el combustible diluido en el aceite de un motor diesel, porque el rango de ebullición del combustible diesel es tan alto que los extremos ligeros del aceite lubricante se destilan primero que los extremos del aceite combustible. La destilación frecuentemente se usa para eliminar productos de bajo peso molecular, volátiles, resultantes de la oxidación del aceite, en los aceites de transformador, turbina y circulantes.

26.1.8 Coagulación de Impurezas. La coagulación de impurezas por medio de sustancias químicas es un método efectivo de tratar el aceite usado procedente de los cárteres de motores de combustión interna. Algunos de los productos de la contaminación de tales aceites, particularmente el hollín del combustible, son de tamaño tan pequeño que pasan a través de los filtros absorbentes de la más fina malla, y tampoco son eficazmente removidos por centrifugación o precipitación. Por la adición de sustancias químicas, ácido sulfúrico, soda ash, fosfato trisódico, o silicato de sodio, generalmente en solución con el agua, las impurezas sólidas son coaguladas por las sustancias químicas y posteriormente removidas por precipitación, filtración o centrifugación.

26.2 REGENERACION DE ACEITES LUBRICANTES Se utilizan equipos denominados regeneradores de aceite, los cuales tratan el aceite para restaurarlo a una condición similar o que se aproxime, a su calidad original. Normalmente se combinan dos o más de las operaciones descritas anteriormente dentro de una sola unidad, dependiendo del tipo de aceite que se desea regenerar. Para regenerar aceites de cárter de motor, se usan dispositivos de calentamiento para remover las fracciones ligeras de la dilución de combustible, seguido de un tratamiento químico, filtración y finalmente tratamiento con arcilla. Cuando se regenera aceite sin aditivos, en una escala suficientemente grande para justificar el gasto de equipo y supervisión adecuados, el aceite sucio así tratado puede ser restituido a una condición de limpieza que se aproxima a la del aceite nuevo.

CAPITULO 27

ALMACENAJE Y MANEJO DE LUBRICANTES En muchas plantas manufactureras no se da al problema de almacenaje y manejo de lubricantes la atención y el cuidado que merecen. De hecho, muchas quejas sobre dificultades de lubricación tienen su origen en un manejo defectuoso de los lubricantes después de ser recibidos por los clientes. En general todos los fabricantes de lubricantes toman las precauciones para evitar la contaminación de los productos del petróleo por materias extrañas y se aseguran que estos productos sean ambarcados en recipientes limpios. Es igualmente importante que se tomen cuidados semejantes por parte del cliente para asegurar buenas condiciones de almacenamiento y absoluta limpieza; de otra manera el cuidado tomado en la fábrica al mezclar, componer y empacar, se pierde en su totalidad. La causa más común de daños a los lubricantes es el almacenamiento descuidado que permite contaminación con polvo, tierra, humedad y otras impurezas. Es por lo tanto importante tener un decidido interés en el manejo y almacenamiento luego de recibir el producto, ya que tanto el vendedor como el comprador tienen interés en el rendimiento satisfactorio del lubricante.

27.1 PRECAUCIONES PARA EL ALMACENAMIENTO Las siguientes indicaciones deben tenerse en almacenamiento de productos del petróleo en planta.

cuenta

durante

el

27.1.1 Si es posible, todos los lubricantes se deben almacenar en un cuarto o bodega limpia, seca, que se puede calentar durante tiempo frío. 27.1.2 Los tambores no se deben almacenar de modo que queden en contacto con superficies calientes, tales como ductos de vapor, etc. Esto es particularmente importante con las grasas, ya que el

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ sobrecalentamiento resultante puede evaporar el agua combinada y cambiar las propiedades y características físicas de las grasas.

27.1.3

Antes de abrir un tambor, se debe inspeccionar el lado donde se encuentra la abertura, y limpiarlo si está sucio.

27.1.4 Las tapas de los tambores de grasa se deben dejar puestas todo el tiempo, excepto cuando se está sacando la grasa. Esto evitará la contaminación con el polvo atmosférico y otras impurezas. Es igualmente importante que las cubetas o recipientes pequeños usados para llevar la grasa desde la bodega de lubricantes a otras partes de la planta se mantengan cerrados cuando no están en uso. 27.1.5 Cuando el aceite es transvasado de tambores a tanques de almacenamiento, se debe eliminarse la tierra o escamas que se puedan haber adherido al tambor en tránsito o durante su manejo, de modo que no se vayan a introducir en el tanque de almacenamiento. 27.1.6 Los tambores se deben estibar de manera que su marca sea siempre bien visible. Esto evitará equivocaciones al usar lubricantes para servicios no indicados. 27.1.7 En donde las facilidades de almacenamiento son limitadas y se hace necesario almacenar algunos lubricantes al aire libre, los productos así almacenados se deben limitar a los grados de calidad inferior, destinados al aceitado a mano o métodos de lubricación a toda pérdida. 27.1.8 Los aceites de turbina de alto grado, diesel y de transformador y los automotrices nunca se deben almacenar al aire libre. Los aceites compuestos en climas fríos pueden separar el aceite graso y por lo tanto no se deben guardar afuera durante épocas lluviosas. Asimismo, los aceites de corte pueden contener aceites grasos u otros productos con punto de goteo relativamente bajo y tales aceites, particularmente los aceites solubles, siempre deben ser almacenados bajo techo en una bodega que tenga calefacción durante las épocas de invierno. Los aceites de transformador requieren condiciones especiales para su manejo y almacenamiento las cuales fueron dadas en el capítulo correspondiente. 27.1.9 Todos los tambores de aceite almacenados a la intemperie deben ser estibados de costado de modo que no se junte la humedad en las tapas. Si es posible, los tambores así almacenados se deben proteger del sol y la intemperie con un cobertizo.

CAPITULO 27 : ALMACENAJE Y MANEJO DE LUBRICANTES ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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27.1.10 Algunos metales como el cobre y el zinc, propician la oxidación del aceite y por esta razón los recipientes galvanizados o hechos con aleaciones de cobre no se deben usar para almacenar o transportar el aceite por la planta. Los envases de hierro o acero son preferibles. Lo anterior es más importante en aceites de turbina y aceites compuestos. 27.1.11 Las operaciones a campo abierto, como construcción, madereras, construcción de carreteras y caminos, etc.,frecuentemente se llevan a cabo bajo condiciones en que hay mucho polvo, y por lo tanto debe tenerse cuidado en el manejo de los productos del petróleo, particularmente los lubricantes, si se desea obtener un servicio prolongado. El personal responsable de la lubricación en esas industrias debe ser advertido contra la introducción de polvo cuando le den servicio al equipo. Las unidades portátiles de servicio, pueden llegar a recubrirse con espesas capas de polvo, como resultado de viajar en atmósfera cargada de tierra y polvo. Este a la postre puede introducirse al interior del equipo, por medio de envases sucios. Todos los grifos y boquillas de mangueras deben limpiarse antes de aplicar el lubricante. Los tapones de llenado se deben limpiar perfectamente antes de quitarlos. 27.1.12 Los trapos aceitosos deben guardarse en un recipiente cerrado de metal para aminorar el riesgo de incendio. 27.1.13 En la movilización de los tambores dentro de la planta hay que disponer de las carretillas especiales para no rodar el tambor por el piso y así evitar el desgrafado del mismo. 27.1.14 Cuando se descargan los tambores de los camiones debe utilizarse como mínimo una tabla o un elevador. Nunca debe descargarse el tambor sobre una llanta, como acostumbran algunos operarios. 27.1.15 Los camiones que transportan tambores de lubricantes deben estar debidamente carpados para protegerlos de la lluvia.

27.2 BODEGAS DE ALMACENAMIENTO Existen muchas maneras distintas de organizar una bodega y es, por tanto, imposible hablar de alguna en especial como ejemplar. Sin embargo, unas breves normas pueden tenerse en cuenta para una mejor funcionalidad y protección de los productos almacenados. 27.2.1 Orden. Cada producto en su sitio y un sitio para cada producto.

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27.2.2 Identificación. Cada sitio en el que se almacene un producto debe ser perfectamente identificado en lugar visible y la identificación debe ser lo suficientemente clara para evitar confusiones. 27.2.3 Circulación. La organización de la bodega debe permitir acceso fácil a cada sitio en el que se encuentre un producto, para evitar movimientos innecesarios de otros productos cuando se requiere retirar o guardar alguno en especial y evitar maltratar o golpear otros productos cuando se está circulando dentro de la bodega. 27.2.4 Movilización. La forma de arrume o almacenamiento de cada producto en su sitio, debe permitir retirar siempre los productos que han sido almacenados primero, evitando así, que algunos queden guardados por periodos tan largos, que pierdan vigencia y se llegue a dudar de la conservación de sus características originales. 27.2.5 Señalización. Es preferible señalizar las vías de acceso y en lo posible evitar puntos de confluencia o caminos de doble vía. Se recomienda que la entrada y salida de la bodega queden en extremos opuestos para permitir así la circulación en un solo sentido. 27.2.6 Recipientes Auxiliares. En algunos casos, es necesario utilizar recipientes auxiliares para transportar los productos desde la bodega hasta el sitio de aplicación. En estos casos debe tenerse especial cuidado de no contaminar productos entre sí. Para esto es necesario tener un recipiente auxiliar por cada producto a transportar, debidamente identificado y con tapa, y efectuar supervisión permanente sobre su estado y aseo. En la limpieza de estos recipientes, hay que tener la precaución de no usar estopas o trapos que fácilmente dejen hilos que contaminen. 27.2.7 Combustibles. Es recomendable por razones de seguridad, almacenar los combustibles y los lubricantes en bodegas separadas.

CAPITULO 28

TOMA DE MUESTRAS Y ANALISIS DE ACEITES USADOS

Cuando se obtienen muestras de productos del petróleo para análisis de laboratorio, es importante que sean representativas de las condiciones promedio y que se tomen las precauciones debidas para asegurar que están libres de contaminación. Es también esencial que se obtenga una cantidad suficiente para facilitar su proceso eficiente en el laboratorio. Para pruebas de aceite rutinarias en el laboratorio, por lo menos un cuarto de galón o un litro de producto es una cantidad apropiada. Para las grasas, la cantidad aconsejable es 500 gramos. Cuando se requieren pruebas especiales, se necesitan cantidades adicionales.

28.1 NORMAS PARA EL MUESTREO DE ACEITES Las siguientes instrucciones que rigen el muestreo tienen la finalidad de proporcionar seguridad sobre la representatividad de la muestra y evitar la contaminación. Estas normas deben ser observadas escrupulosamente al tomar la muestra.

28.1.1 Las porciones tomadas como muestras deberán representar el carácter general y condiciones promedio del lote que se muestrea. 28.1.2 Para todo tipo de material deben tomarse precauciones con los aparatos de muestreo y las muestras mismas para evitar la contaminación. 28.1.3 Los envases de muestreo deberán cerrarse inmediatamente después de obtenida la muestra. Deberán ser de un tipo tal que proteja la

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⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ muestra de contaminación o deterioro. Se toman las siguientes precauciones específicas: 28.1.3.1 Los corchos de las botellas deberán estar limpios, libres de agujeros y pedazos flojos de corcho. 28.1.3.2 No se deberá vaciar lacre ni parafina sobre los corchos después del llenado. 28.1.3.3 Las muestras sensibles a la luz, cuando se coloquen botellas, deberán ser envueltas o en otra forma cubiertas seguida, para protegerlas de la luz. Los aceites transformador y de turbina son de este tipo y las botellas color oscuro son preferibles para protegerlos de la luz.

en en de de

28.1.3.4 Las latas, con tapas atornilladas o engargoladas, son aceptables, pero solamente si su interior ha sido escrupulosamente limpiado y se sabe que está libre de polvo, agua, compuestos para lavar, solventes, ácidos, corrosión, herrumbre y agujeros minúsculos. Son preferibles los envases nuevos. 28.1.3.5 Las muestras embarcadas por correo, deberán ir empacadas para evitar derrames, fugas, roturas y pérdidas por evaporación o alteración en tránsito. 28.1.4

Las muestras de grasa se tomarán de manera que la grasa no haya sido trabajada al grado de alterar su consistencia original. Un método conveniente de tomar muestras de todas las grasas, menos las semifluidas, es hacer un agujero pequeño en el fondo de una lata limpia y luego empujar la lata hacia abajo sobre el cuerpo principal de la grasa. La lata, llena de grasa, debe ser luego levantada y el exceso quitado con una navaja o espátula con el objeto de no batir o trabajar la muestra.

28.1.5

Toda información relativa a la muestra debe suministrarse en una etiqueta, hoja de datos de laboratorio o carta que acompañe dicha muestra. Debe incluir: Nombre del producto Fabricante Si es nueva o usada

CAPITULO 28 : TOMA DE MUESTRAS Y ANALISIS DE ACEITES USADOS ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

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Si es usada tiempo de servicio en horas o kilómetros. Tipo de equipo en el que se usa el producto Método de aplicación del producto Fecha en la que se tomó la muestra Información adicional Importante: Cuando la muestra que se toma tiene relación con alguna queja sobre el producto debe reportarse el número del lote y embarque que deben aparacer en el envase y adjuntar detalles sobre la queja. En el momento de enviar la muestra, deberán solicitarse sólo las pruebas pertinentes al tipo de producto, pues aquellas que no sean esenciales únicamente causarán demora innecesaria en la obtención de los resultados.

28.2 ANALISIS DE ACEITES USADOS Las características de funcionamiento de las máquinas, el medio dentro del cual trabajan, así como diseño y ajuste de los mecanismos, dan origen al cambio en algunas de las características del aceite y a la presencia de materias extrañas, lo que sólo puede ser detectado mediante un análisis de laboratorio. Todo programa de mantenimiento preventivo debe incluir el análisis de los aceites usados o en uso para evitar a tiempo fallas mayores y reducir en forma considerable los costos de lubricación. Generalmente dos causas por las cuales un lubricante se deteriora son el cambio en su estructura química fundamental (oxidación) y la contaminación tanto interna como externa. El análisis de un aceite en uso es el punto de partida para determinar si este puede seguirse utilizando, si su vida útil se aproxima al final o si debe ser reemplazado de inmediato. Aunque no existen parámetros determinantes, sí es conveniente conocer algunos valores máximos o mínimos de las pruebas de laboratorio, lo que unido a la experiencia sirve para no cometer errores y tomar decisiones acertadas.

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28.3 VALORES PROMEDIO PERMISIBLES 28.3.1 Gravedad Específica. Se efectúa para comparar su valor con el del aceite nuevo. Su variación por contaminación es muy pequeña y se prefieren otros métodos de análisis. Si se desconoce la gravedad específica del aceite nuevo este ensayo no tiene importancia.

28.3.2 Viscosidad. Su conocimiento es importante para compararlo con el valor del aceite nuevo. En motores de combustión interna casi siempre se presenta disminución en la viscosidad causada por la dilución con combustible y se acepta una disminución o máxima del 25% a 40 C. La disminución en la viscosidad en motores diesel automotrices permite obtener el porcentaje de dilución aproximado con ACPM. En aceites industriales se presentan normalmente aumentos en la viscosidad. Para turbinas de vapor y gas y sistemas hidráulicos, se acepta hasta un aumento del 10%; en reductores y compresores hasta un 20% y en sistemas de transferencia de calor hasta un 40%.

28.3.3 Punto de Inflamación. Cuando un aceite lubricante disminuye su punto de inflamación por debajo de o o 150 C a 160 C no debe seguirse empleando. Teniendo en cuenta que la causa de la disminución en el punto de inflamación es la dilución de los aceites de cárter, se prefiere el porcentaje de dilución como valor determinante.

28.3.4 Número de Neutralización (TAN y TBN). El número total de ácido (TAN) es un factor determinante en la vida útil de un aceite. Los aceites de cárter poseen inicialmente un valor de TAN comprendido entre 0.4 y 1.6 siendo un poco mayor el valor en los aceites de alta detergencia tales como los diesel ferroviarios y diesel marinos. A medida que el TAN aumenta, el valor del número total de base TBN disminuye y generalmente se tiene este último como valor determinante. Para motores a gasolina el mínimo TBN debe ser 0.5 y para motores diesel el mínimo debe ser 3.


277

En los aceites industriales nuevos el valor del TAN es uno de los ensayos más importantes y varía desde 0.002 en aceites de transformador hasta 0.05 en aceites para maquinaria industrial. El máximo valor permisible de TAN en un aceite usado de turbina o transformador debe ser 0.3 y en aceites hidráulicos hasta 1.5.

28.3.5 Cenizas. No existe un valor máximo de contenido de ceniza para un aceite usado y su utilidad está relacionada con el contenido de ceniza del aceite nuevo, especialmente en aceites de alta detergencia. Sobre las cenizas se efectúan las determinaciones espectrográficas para precisar metales y elementos contaminantes.

28.3.6 Dilución por Combustible. El máximo porcentaje de dilución permitido en aceites para motores a gasolina y diesel es de más o menos 5%. Por encima de este valor se alteran propiedades tales como la viscosidad y el punto de inflamación.

28.3.7 Insolubles en Pentano y Benceno. Para aceites de cárter en general, el máximo porcentaje de insolubles en pentano es 2%, de insolubles en benceno 0.8% y de resinas de oxidación 1%. En motores diesel marinos estos porcentajes pueden aumentarse a 2.5%, 2% y 1.5% respectivamente. En lubricantes industriales los máximos valores aplicables pueden ser: compresores 0.5%, reductores de velocidad 0.5% y aceites para transferencia de calor 1%. Los anteriores porcentajes corresponden a insolubles en benceno.

28.3.8 Contenido de Agua. Aunque la cantidad de agua en aceites usados en motores de combustión interna es prácticamente cero en condiciones de funcionamiento normal, se considera que un valor máximo permisible de 0.5% en volumen es adecuado. Cantidades mayores corresponden a fallas importantes especialmente en el sistema de refrigeración.

278


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

Un valor del 0.2% en volumen puede ser aplicado a los aceites industriales de todo tipo, excepto en los aceites de transformador y compresores de refrigeración donde el aceite usado no debe sobrepasar las 60 ppm. En éste último caso el criterio debe complementarse con otros ensayos como la rigidez dieléctrica.

28.3.9 Color. No existe un valor determinante según las diferentes escalas de color para evaluar un aceite usado. Sin embargo actualmente se está utilizando para determinar el final de la vida útil del aceites de transformador y turbina complementándolo con otras determinaciones. El oscurecimiento rápido de los aceites de motor es un índice cualitativo de su alta detergencia.

28.3.10 Tensión Interfacial. Se utiliza casi que exclusivamente para evaluar aceites de transformador usados y un valor de 18 dinas/cm se considera determinante para proceder a la sustitución del aceite.

28.3.11 Análisis Espectrográfico. En motores de combustión interna se recomienda un análisis de los siguientes elementos para fijar criterios de desgaste y contaminación: silicio, hierro, cobre, plata, cromo, aluminio y plomo. Si se desea conocer el nivel de algunos aditivos puede determinarse la cantidad de bario, calcio, magnesio y zinc. Según el tipo de metales encontrados su origen puede ser:

Silicio: Contaminación exterior a través del aire mal filtrado. Hierro y cromo: Anillos y camisas del motor. Cobre, estaño y plata: Cojinetes del cigüeñal. Aluminio: Pistones del motor. Plomo: Cojinetes del cigüeñal en motores diesel o combustible (gasolina).


279

Las siguientes tablas suministradas por TEXACO son una ayuda importante en la toma de decisiones basada en el análisis de aceites usados.

TABLA 28 - 1

ANALISIS DE ACEITES USADOS LIMITES CONDENATORIOS

TIPO DE PRUEBA

VISCOSIDAD a 40oC, INCREMENTO a 40oC, DISMINUCION a 100oC, INCREMENTO a 100oC,DISMINUCION DILUCION POR COMBUSTIBLE CONTENIDO DE AGUA, max PUNTO DE INFLAM.,REDUCC, max RESERVA ALCALINA, TBN TAN, max INSOLUBLES PENTANO, max INSOLUBLES TOLUENO, max RESIDUOS OXIDACION, max (*) SEDIMENTOS , max CENIZAS, max SILICIO, max

HIERRO COBRE ALUMINIO PLOMO ZINC PLATA CROMO ESTAÑO

METODO ASTM

UNIDAD

D-445

cSt

D-322 D-95 D-92 D-666 D-2982

% vol % vol % (oC)

D-893

D-874

MOTORES A GASOLINA

MOTORES DIESEL GENERAL

MOTORES CUMMINS

40 20 35 20

35 25 25 25

20 20 20 20

5.0 0.2 20

5.0 0.2 20 2.5

5.0 0.2

mg KOH mg KOH

% peso % peso % peso % vol % peso ppm

1.5 0.7 1.0 0.2 20

METALES DE DESGASTE, max ppm 100 ppm 40 ppm 40 ppm 50 ppm ppm ppm 40 ppm 40

1.5 0.7 1.0 0.2 1.0 20

2.0 2.5 1.0

15

100 40 40 100

85 20 15 100

40 40

15 20

(*) RESIDUOS DE OXIDACION = INSOLUBLES PENTANO - INSOLUBLES TOLUENO

280


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

TABLA 28 - 1


TIPO DE PRUEBA

METODO ASTM

UNIDAD

MOTORES DETROIT 2 TIEMPOS

MOTORES DETRIT 4 TIEMPOS

MOTORES CATERPILAR



40 15 40 15

40 15 40 15

% vol % vol % (oC)

2.5 0.3

2.5 0.3

mg KOH mg KOH

1.0/2.0

1.0/2.0


1.0

1.0

0.8

0.8

D-445

cSt

D-322 D-95 D-92 D-666 D-2982 D-893

D-874


20

100 20 15 100

100 45 15 100

15 25

15 20



281

TABLA 28 - 1


TIPO DE PRUEBA

METODO ASTM

UNIDAD

MOTORES MACK

GENERAL MOTORS ENGINE

MOTORES FAIRBANKS MORSE

15

15

100 50 15 50

100 70 50 70

20 25

25 15



D-445

cSt

D-322 D-95 D-92 D-666 D-2982

% vol % vol % (oC)

D-893

D-874

mg KOH mg KOH


20



282


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

TABLA 28 - 1


TIPO DE PRUEBA

METODO ASTM

UNIDAD

MOTORES A GAS

MOTORES FERROCARRIL

MOTORES E.M.D.

25 15 10 10

20 15 20 15

2.0 0..2 20 4.0 1.0 0.5 1.0

3.0 0.1 20 3.0 2.0

15

10

100 50 10 50

100 50 10 200 10 5

VISCOSIDAD a 40oC, INCREMENTO a 40oC, DISMINUCION a 100oC, INCREMENTO a 100oC,DISMINUCION DILUCION POR COMBUSTIBLE CONTENIDO DE AGUA, max PUNTO DE INFLAM.,REDUCC, max RESERVA ALCALINA, TBN INSOLUBLES PENTANO, max INSOLUBLES TOLUENO, max RESIDUOS OXIDACION, max (*) SEDIMENTOS , max SILICIO, max

HIERRO COBRE ALUMINIO PLOMO ZINC PLATA CROMO

D-445

cSt

D-322 D-95 D-92 D-666

% vol % vol % (oC)

D-893

40 25 40 25

0.2 20

mg KOH

% peso % peso % peso % vol ppm

0.5

20

METALES DE DESGASTE, max ppm 100 ppm 50 ppm 5 ppm 50 ppm ppm ppm 50

20



283

TABLA 28 - 1


METODO ASTM

TIPO DE PRUEBA

UNIDAD

MOTORES FERROCARRIL ALCO

MOTORES MARINOS Y ESTACIONARIOS

20 15 20 15

35 20 25 20

0.2 20 4.0 1.0 0.5

0.5 20 2.5 2.0

15

0.25 20

50 20 10 20

100 40 40 100

20

40

VISCOSIDAD a 40oC, INCREMENTO a 40oC, DISMINUCION a 100oC, INCREMENTO a 100oC,DISMINUCION DILUCION POR COMBUSTIBLE CONTENIDO DE AGUA, max PUNTO DE INFLAM.,REDUCC, max RESERVA ALCALINA, TBN INSOLUBLES PENTANO, max INSOLUBLES TOLUENO, max RESIDUOS OXIDACION, max (*) SEDIMENTOS , max SILICIO, max

HIERRO COBRE ALUMINIO PLOMO ZINC PLATA CROMO

D-445

cSt

D-322 D-95 D-92 D-666

% vol % vol % (oC)

D-893

mg KOH

% peso % peso % peso % vol ppm

METALES DE DESGASTE, max ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm


284


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

TABLA 28 - 2

LISTA DE PROBLEMAS EN MOTORES BASADA EN ANALISIS DE ACEITE USADO RESULTADOS DEL ANALISIS DE ACEITE

INCREMENTO EN LA VISCOSIDAD

DISMINUCION EN LA VISCOSIDAD *MOTORES EN GENERAL

CAUSAS

FACTORES ESPECIFICOS

CONTAMINACION

HOLLIN DEL COMBUSTIBLE PLOMO AGUA

OXIDACION Y/O NITRACION

ALTAS TEMPERATURAS DE OPERACION

USO DE PRODUCTOS DE ALTA VISCOSIDAD

MALA APLICACION

USO DE PRODUCTOS DE BAJA VISCOSIDAD

MALA APLICACION

CARBURACION RICA

DISMINUCION EN LA VISCOSIDAD

DILUCION POR COMBUSTIBLE

COMBUSTION DEFECTUOSA

*MOTORES A GASOLINA DIFICULTADES DE IGNICION

FALLAS EN ACEITES MULTIGRADOS

DISMINUCION EN LA VISCOSIDAD *MOTORES DIESEL

DILUCION POR COMBUSTIBLE

FRECUENTES PARADAS Y ARRANQUES OPERACION A REVOLUCIONES EXCESIVAS Y/O MALA CALIDAD DEL ACEITE EXCESIVA INYECCION DE COMBUSTIBLE

COMBUSTION POBRE

RUPTURA DE LINEAS O DE CONECTORES EN LINEAS DE COMBUSTIBLE

CONDICION RESPONSABLE (MOTOR/ACEITE/REFRIGERANTE) VEASE: INSOLUBLES EN PENTANO Y TOLUENO CONTENIDO DE AGUA TODOS LOS MOTORES PERIODO DE CAMBIO DEMASIADO EXTENDIDO REFRIGERACION INADECUADA PICOS DE OPERACION EXCESIVOS MOTORES A GAS Y GASOLINA MEZCLA AIRE-COMBUSTIBLE DEMASIADO RICA CHISPA ADELANTADA OPERACION PROLONGADA DEL MOTOR SIN CARGA LLENADO INICIAL Y/O RELLENOS CON PRODUCTOS DE MAYOR VISCOSIDAD. MALA RECOMENDACION DEL PRODUCTO USO ADICIONAL DE MEJORADORES DE VISCOSIDAD LLENADO INICIAL Y/O RELLENO CON PRODUCTOS DE MENOR VISCOSIDAD. MALA RECOMENDACION DEL PRODUCTO. AJUSTE INAPROPIADO O MAL FUNCIONAMIENTO DEL CHOQUE. DESAJUSTES EN EL CARBURADOR. OPERACION PROLONGADA SIN CARGA. ANILLOS GASTADOS O ATASCADOS VALVULAS CON OPERACION DEFICIENTE BAJA TEMPERATURA DE OPERACION MALA SELECCION DE BUJIAS BUJIAS EN MAL ESTADO FALLAS EN INSTALACION DE ALTA FALLAS EN LA BOBINA AJUSTE DE TIEMPOS INADECUADO CONDICIONES DE OPERACION CORTE EN EL MEJORADOR DE INDICE DE VISCOSIDAD

INYECTORES SOBREDISEÑADOS RESTRICCIONES EN LA LINEA DE RETORNO DE COMBUSTIBLE DESGASTE EN ANILLOS ANILLOS PEGADOS Y/O ROTOS GOTEO DE INYECTORES PATRON DE INYECCION DEFECTUOSO MALA ATOMIZACION DE COMBUSTIBLE RESTRICCIONES EN SUMINISTRO DE AIRE Y EXPULSION DE GASES PROBLEMAS MECANICOS O DE VIBRACIÓN EN EL MOTOR RUPTURA DEL DIAFRAGMA EN LA BOMBA DE COMBUSTIBLE


285

TABLA 28 - 2

LISTA DE PROBLEMAS EN MOTORES BASADA EN ANALISIS DE ACEITE USADO RESULTADOS DEL ANALISIS DE ACEITE

BAJA RESERVA ALCALINA (TBN)

TRAZAS DE METALES ANORMALES

MALA DISPERSION MATERIAL INSOLUBLE ELEVADO

CAUSAS

FACTORES ESPECIFICOS

COMBUSTION CON ACIDOS SULFUROSOS PROVENIENTES DEL COMBUSTIBLE

LUBRICANTE CON BAJO TBN ESCAPE DE GASES ALTO

OXIDACION DEL ACEITE PURIFICACION DE ACEITE DEFECTUOSA CONTAMINACION EXTERNA (REFRIG., ADITIVOS, METALES, DESGASTE) HOLLIN DEL COMBUSTIBLE COMPUESTOS DE PLOMO (MOTORES A GASOLINA) HOLLIN DEL COMBUSTIBLE (MOTORES DIESEL) OXIDACION Y/O NITRACION POLVO Y MUGRE

METALES DEL MOTOR

EXCESIVAS TEMPERATURAS DE OPERACION PERIODO DE CAMBIO DEMASIADO EXTENDIDO INADECUADA OPERACION DE FILTRADO CONCENTRACION DE METALES EN ACEITE USADO MEZCLA RICA DE COMBUSTIBLE ANILLOS EN GENERAL EN MAL ESTADO INYECTORES DEFECTUOSOS EXCESIVAS TEMPERATURAS DE OPERACION PERIODO DE CAMBIO DEMASIADO EXTENDIDO FUNCIONAMIENTO DE FILTROS INADECUADO ALIMENTACION DE AIRE CON FUGAS DESGASTE Y CORROSION FALLA EN PARTES DEL MOTOR

ANALISIS INFRARROJO INCREMENTO ABSORCION A 5.8 MICRONES ANALISIS INFRARROJO INCREMENTO ABSORCION A 6.1 MICRONES

OXIDACION DEL ACEITE

EXCESIVAS TEMPERATURAS DE OPERACION

NITRACION DEL ACEITE

COMBUSTION INAPROPIADA

CONDENSACION

BAJAS TEMPERATURAS DE OPERACION

FUGAS POR EMPAQUES FUGAS DEL REFRIGERANTE PRESENCIA DE AGUA

FUGAS POR SELLOS (PRESENCIA DE GLICOLES EN EL ACEITE) ALTOS ESCAPES DE GASES

FALLAS EN PURIFICACION DEL ACEITE

BLOQUEO O CAMISAS AGRIETADAS PROBLEMAS EN AREA DE ANILLOS MALA OPERACION DE LA CENTRIFUGA(MOTORES MARINOS Y ESTACIONARIOS)

CONDICION RESPONSABLE (MOTOR/ACEITE/REFRIGERANTE) COMBUSTIBLE CON ALTO CONTENIDO DE AZUFRE PERIODO DE CAMBIO DEMASIADO EXTENDIDO COMBUSTION POBRE MALAS CONDICIONES MECANICAS DEL MOTOR PUNTOS CALIENTES EN EL MOTOR (MALA OPERACION DEL SISTEMA DE REFRIGERACION) EXCESIVA OPERACION A ALTA POTENCIA TRABAJO EN MEDIO AMBIENTE CALIENTE PRACTICAS DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO DEFICIENTES ACIDOS FUERTES NO REMOVIDOS POR LA ACCION DE LOS FILTROS VER FUENTES DE METALES

SOBREALIMENTACION DE COMBUSTIBLE ENTRADA DE AIRE RESTRINGIDA MALA CONDICION MECANICA DEL MOTOR PATRON DE ATOMIZACION DEFECTUOSO GOTEO EN INYECTORES EXCESIVA OPERACION A ALTA POTENCIA MALA CONDICION MECANICA DEL MOTOR PRACTICAS DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO DEFICIENTES PRACTICAS DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO DEFICIENTES SISTEMA DE ADMISION DE AIRE EN MAL ESTADO VER FUENTES DE METALES

PUNTOS CALIENTES EN EL MOTOR (MALA OPERACION DEL SISTEMA DE REFRIGERACION) EXCESIVA OPERACION A ALTA POTENCIA TRABAJO EN MEDIO AMBIENTE CALIENTE PERIODO DE CAMBIO DEMASIADO EXTENDIDO EXCESIVAS TEMPERATURAS DE OPERACION MALA VENTILACION EN EL CARTER TIEMPOS DE IGNICION MAL AJUSTADOS ESCAPE DE GASES ELEVADO BAJAS TEMPERATURAS DE OPERACION PERIODOS DE MANEJO CORTO BAJA TEMPERATURA EN LAS CAMISAS VENTILACION INADECUADA EN EL CARTER EXCESIVA OPERACION DEL MOTOR SIN CARGA EMPAQUE DEFECTUOSOS TORQUE INADECUADO EN LA CULATA MALA INSTALACION DE SELLOS SELLOS DEFECTUOSOS SOBRECALENTAMIENTO DEL MOTOR ATASCAMIENTO DEL TERMOSTATO CONGELAMIENTO DEL REFRIGERANTE ANILLOS PEGADOS, ROTOS O CON DEMASIADO DESGASTE FILTRACION DE AGUA EN EL SISTEMA INTRODUCCION DE AGUA DE LAVADO

286


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

TABLA 28 - 3

LIMITES DE ADVERTENCIA EN ACEITES INDUSTRIALES USADOS PROPIEDAD DEL ACEITE APARIENCIA Y OLOR o

VISCOSIDAD CINEMATICA A 40 C , % máximo AGUA, % máximo PUNTO DE IGNICION, % màximo reducción COLOR, máximo NUMERO DE NEUTRALIZACION, máximo INSOLUBLES EN PENTANO, % máximo (*) CONTENIDO DE CENIZAS , % máximo CONTENIDO DE SEDIMENTOS , % máximo RIGIDEZ DIELECTRICA, mínimo FACTOR DE POTENCIA a 60 Hz, máximo HIERRO PLOMO COBRE SILICE CROMO ALUMINIO

METODO ASTM

UNIDAD

1

2

3

Cambio Cambio Cambio Rápido Rápido Rápido D-445 cSt 25 25 20 D-95 % vol 0.2 0.2 0.2 o D-92 C 20 20 D-1500 D-664 mg KOH 2.0 0.3 D-893 % masa 0.1 0.5 D-482 % masa D-96 % masa 0.25 D-877 KV D-924 METALES DE DESGASTE (Absorción atómica) ppm 100 100 50 ppm 50 50 ppm 50 50 ppm 20 20 20 ppm 30 30 ppm 20 20

4

5

6

7

Cambio Rápido 15 0.2 20

Cambio Rápido 20 trazas

Cambio Rápido 25 0.1

Cambio Rápido

180oC,mí

2.0 0.1

0.2 0.1 0.01 trazas

10 3.0 0.2/0.4

0.25

2.0 1.0

0.005 trazas 22 1.4

50 reportar 15

(*) Para insolubles en benceno tome aproximadamente el 50% de los insolubles en pentano. (**) Siempre que se tengan datos del fabricante deben seguirse esas recomendaciones. La tabla anterior sirve únicamente como guía. 1. Aceites para compresores. 2. Aceites para engranajes y reductores. 3. Aceites para turbinas a gas y vapor. 4. Aceites para sistemas hidráulicos. 5. Aceites para sistemas de refrigeración. 6. Aceites para transferencia de calor. 7. Aceites para transformadores.


287

TABLA 28 - 4

LISTA DE PROBLEMAS EN EQUIPO INDUSTRIAL BASADO EN EL ANALISIS DEL ACEITE USADO CONDICION DEL ACEITE

CAUSAS POSIBLES

ACCIONES CORRECTIVAS

ACEITES PARA COMPRESORES EMPLEO DE ACEITE DE ADICIONAR UN ACEITE DE GRADO SUPERIOR PARA CORRECCION VISCOSIDAD BAJA DISMINUCION EN LA VISCOSIDAD


PRESENCIA DE AGUA

DISMINUCION EN LA VISCOSIDAD (ACEITE LIBRE DE REFRIGERANTE) INCREMENTO EN LA VISCOSIDAD (ACEITE LIBRE DE REFRIGERANTE)

PRESENCIA DE AGUA ALTO CONTENIDO DE INSOLUBLES EN PENTANO



INCREMENTO EN EL NUMERO TOTAL DE ACIDO “TAN” REDUCCION EN EL PUNTO DE IGNICION CONTENIDO DE INSOLUBLES EN PENTANO ELEVADO RAPIDO AUMENTO EN EL CONTENIDO DE CENIZAS

LOS GASES MANEJADOS CONTIENEN COMPONENTES SOLUBLES EN EL ACEITE Y LO DILUYEN

USAR UN ACEITE DE GRADO SUPERIOR

ROMPIMIENTO TERMICO

REDUCIR LAS ALTAS TEMPERATURAS REVISAR LA ADECUADA RATA DE CIRCULACION ELIMINE LAS FUGAS DE AIRE CAMBIO DE ACEITE MAS FRECUENTE UTILICE EL ACEITE ADECUADO PARA LAS SEVERAS CONDICIONES DRENE EL SISTEMA CON MAS FRECUENCIA INSTALE UN FILTRO COALESCENTE UTTILICE UN ACEITE CON CAPACIDAD DE SEPARACION

OXIDACION DEL ACEITE

CONDENSACION

ACEITES PARA COMPRESORES Y SISTEMAS DE REFRIGERACION EMPLEO DE ACEITE DE ADICIONAR UN ACEITE DE GRADO SUPERIOR PARA CORRECCION VISCOSIDAD BAJA ALTAS TEMPERATURAS DE INCREMENTAR LA CAPACIDAD DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO DE OPERACION ACEITE REVISAR QUE LA RATA DE CIRCULACION SEA LA ADECUADA OXIDACION DEL ACEITE REVISAR INFILTRACION DE AIRE POR SELLOS DEFECTUOSOS REDUCIR LAS ALTAS TEMPERATURAS DE OPERACION FALLAS EN EL SISTEMA DE SECADO CONDENSACION ELIMINAR FUGAS EN EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO DE ACEITE REVISAR FALLAS EN LOS SELLOS OXIDACION DEL ACEITE DEBIDO A CAMBIO DEL ACEITE Y LIMPIEZA DEL COMPRESOR REACCION DE LOS COMPONENTES ASEGURESE DE EXTRAER TODO EL AIRE DEL SISTEMA CUANDO REALICE DE LOS REFRIGERANTES EL LLENADO.

ACEITES PARA TRANSFERENCIA DE CALOR INCREMENTO EN LA RATA DE CIRCULACION DE ACEITE INCREMENTO EN LA EFICIENCIA DE EXTRACCION DE CALOR CAMBIE EL ACEITE CON MAYOR FRECUENCIA ELIMINE FUGAS DE AIRE OXIDACION DEL ACEITE ASEGURESE QUE TODO EL AIRE SEA EXTRAIDO DEL SISTEMA CUANDO REALICE RELLENOS INCREMENTE LA EFICIENCIA EN LA RATA DE EXTRACCION DE CALOR SEVERA Y RAPIDA REDUCIR LA TEMPERATURA DEL SISTEMA DETERIORACION DEL ACEITE ASEGURESE DE EXTRAER TODO EL AIRE DURANTE LOS RELLENOS CAMBIO EN LA VISCOSIDAD INDICA PROBLEMAS ROMPIMIENTO TERMICO ELIMINE EL SOBRECALENTAMIENTO LOCALIZADO REDUZCA LA TEMPERATURA DEL SISTEMA OXIDACION DEL ACEITE Y SIGA LAS INDICACIONES DADAS PARA INCREMENTO EN EL NUMERO DEGRADACION TERMICA TOTAL DE ACIDO “TAN” DEGRADACION TERMICA SEVERA PROCEDA COMO EN EL INCREMENTO EN EL NUMERO TOTAL DE ACIDO ROMPIMIENTO TERMICO

288


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ TABLA 28 - 4

LISTA DE PROBLEMAS EN EQUIPO INDUSTRIAL BASADO EN EL ANALISIS DEL ACEITE USADO CONDICION DEL ACEITE

DISMINUCION EN LA VISCOSIDAD INCREMENTO EN LA VISCOSIDAD INCREMENTO RAPIDO EN EL TAN

PRESENCIA DE AGUA

BAJO CONTENIDO DE ADITIVOS: INHIBIDOR DE OXIDACION

INHIBIDOR DE HERRUMBRE

INSUFICIENTE SEPARACION DE AGUA


CAUSAS POSIBLES

ACCIONES CORRECTIVAS

ACEITES PARA TURBINAS DE GAS Y VAPOR EMPLEO DE ACEITE DE ADICIONAR UN ACEITE DE GRADO SUPERIOR PARA CORRECCION VISCOSIDAD BAJA ALTAS TEMPERATURAS DE REVISE LA OPERACION DEL SISTEMA OPERACION REVISE QUE LA RATA DE CIRCULACION SEA SUFICIENTE OXIDACION DEL ACEITE PROCEDA COMO CUANDO HAY INCREMENTO EN LA VISCOSIDAD FUGAS DE VAPOR, CAMBIE LOS SELLOS DEFECTUOSOS CONDENSACION REPARE EL INTERCAMBIADOR FUGAS EN EL ENFRIADOR DE ACEITE CORRIJA LAS FALLAS DE OPERACION FALLAS DE OPERACION EN EL REVISE TEMPERATURA DE OPERACION PURUFICADOR DEL SISTEMA AGOTAMIENTO NORMAL CONTACTO EXCESIVO CON AIRE

CONTACTE AL PROVEEDOR DE ACEITE ELIMINE FUGAS DE AIRE

AGOTAMIENTO NORMAL EXCESIVO JUAGADO POR AGUA PRESENCIA DE CALCIO DEBIDA A LA DETERGENCIA DEL ACEITE DE RELLENO OPERACION DE LA CENTRIFUGA DEFECTUOSA

CONTACTE AL PROVEEDOR DE ACEITE REDUZCA EL VOLUMEN DE AGUA USADA SI LA CONTAMINACION ES ALTA PROCEDA A CAMBIAR EL ACEITE CORRIJA OPERACION DE LA CENTRIFUGA COMO MEDIDA TEMPORAL PUEDE SER ACONSEJABLE CENTRIFUGAR A TEMPERATURA AMBIENTE NORMAL

ACEITES DE CIRCULACION Y SISTEMAS HIDRAULICOS ADICIONE UN PRODUCTO DE MAYOR VISCOSIDAD PARA CORRECCION REVISE LA OPERACION DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO RELLENO CON PRODUCTO DE ASEGURESE QUE LA RATA DE CIRCULACION SEA LA ADECUADA MENOR VISCOSIDAD ELIMINE FUGAS DE AIRE REVISE NIVEL DE INHIBIDOR DE OXIDACION BAJE TEMPERATURA DE OPERACION ALTAS TEMPERATURAS DE REEMPLACE SELLOS AVERIADOS OPERACION REPARE EL INTERCAMBIADOR DE CALOR

INCREMENTO EN LA VISCOSIDAD OXIDACION DEL ACEITE FUGAS EN EL ENFRIADOR CONDENSACION

CORRIJA FALLAS DEL PURIFICADOR o REVISE LA TEMPERATURA ANTES DE LA CENTRIFUGA (60 C) SI LA CONTAMINACION ES ELEVADA PROCEDA A CAMBIAR EL ACEITE

PRESENCIA DE AGUA OPERACION DEFECTUOSA DEL PURIFICADOR DEL SISTEMA


CORRIJA FALLAS DEL PURIFICADOR COMO MEDIDA TEMPORAL ES DESEABLE OPERARLO A TEMPERATURA AMBIENTE

ACEITES PARA ENGRANAJES Y REDUCTORES INDUSTRIALES RELLENO CON ACEITE DE MAYOR ADICIONE UN ACEITE DE MAYOR GRADO PARA CORREGIR LA VISCOSIDAD DISMINUCION ELEVADAS TEMPERATURAS DE REVISE QUE LA RATA DE CIRCULACION SEA LA ADECUADA OPERACION

INCREMENTO EN LA VISCOSIDAD OXIDACION DEL ACEITE

PRESENCIA DE AGUA BAJO CONTENIDO DE ADITIVOS (EXTREMA PRESION) ALTO CONTENIDO DE INSOLUBLES EN PENTANO

FUGAS EN SELLOS DE LA CARCAZA PERIODO DE CAMBIO EXCEDIDO OXIDACION DEL ACEITE

ELIMINE FUGAS DE AIRE EN LOS SELLOS REDUZCA LAS ALTAS TEMPERATURAS DE OPERACION REDUZCA INTERVALOS DE CAMBIO ELIMINE FUGAS EN LA CARCAZA Y REEMPLACE LOS SELLOS DEFECTUOSOS ACORTE EL PERIODO DE CAMBIO O USE ACEITE CON MEJORES PROPIEDADES PROCEDA COMO SI SE TRATARA DE UN ACEITE CON INCREMENTO EN LA VISCOSIDAD

APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

289

APENDICE 1

GASOLINA MOTOR REGULAR 1 - DESCRIPCION DEL PRODUCTO La gasolina motor regular es un combustible refinado proveniente de naftas obtenidos por procesos de destilación, ruptura catalítica, alquilación, etc., las cuales son tratadas químicamente para eliminar compuestos indeseables azufrados, tales como sulfuros y mercaptanos, causantes de la corrosión. A la vez se le incorporan aditivos químicos con el fin de mejorar las propiedades de estabilidad a la oxidación y protección contra la corrosión y herrumbre, importantes para el almacenamiento.

2 - CARACTERISTICAS TIPICAS DE CALIDAD Este tipo de gasolina cumple Norma Nacional Obligatoria ICONTEC 1380. Azufre, % masa Color o 3 Densidad absoluta a 15.6 C, kg/m

0.092 Naranja 737.9

o

Destilación, C: Punto inicial de ebullición o Recobrado a 70 C, % volumen o Recobrado a 100 C, % volumen o Recobrado a 190 C, % volumen Punto final de ebullición

30.6 24.0 45.0 92.0 215.6

Estabilidad a la oxidación, min Goma existente, mg/100 ml Número de Octano Investigación F-1 Presión de vapor Reid, kPa Tetraetilo de Plomo, cc/l

525 3.3 88.2 72.4 0.24 *

* Promedio en el País.

290


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

3 - USOS DEL PRODUCTO La gasolina motor regular es utilizada únicamente como combustible en los motores de combustión interna de gasolina diseñados con bajas relaciones de compresión (8:1) a (9:1) de acuerdo con la recomendación del fabricante.

4 - PRECAUCIONES Y MANEJO DEL PRODUCTO La gasolina es perfectamente segura, siempre y cuando se maneje correctamente y sea usada sólo como combustible motor. La gasolina nunca debe usarse para limpiar pisos, textiles o herramientas, ya que al ser mezclada con el aire en proporciones de 1% a 6% en volumen, se forman mezclas explosivas. Los vapores de gasolina son más pesados que el aire y por lo tanto se acumulan en los lugares bajos. Si estos encuentran una fuente de ignición tal como una estufa caliente, un filamento de una bombilla rota o una chispa eléctrica, los vapores se inflamarán propagándose inmediatamente. Los vapores de gasolina son también tóxicos, con una concentración máxima permisible en el aire de 500 ppm, sólo por un día de trabajo de 8 horas.

5 - MODALIDAD DE VENTA Se despacha bajo las modalidades de oleoducto (mínimo 40.000 galones), planchón (mínimo 20.000 galones) y carrotanque (mínimo 2.000 galones).

APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

291

APENDICE 2

GASOLINA MOTOR EXTRA 1 - DESCRIPCION DEL PRODUCTO La gasolina motor extra es un combustible preparado a partir de mezclas de naftas de alto octanaje obtenidas en procesos de ruptura catalítica y polimerización, las cuales son tratadas con compuestos químicos para eliminarle compuestos indeseables de azufre. Así mismo, se le incorporan inhibidores y aditivos para prevenir la corrosión, herrumbre y formación de gomas.

2 - CARACTERISTICAS TIPICAS DE CALIDAD

Este tipo de gasolina cumple Norma Nacional Obligatoria ICONTEC 1380. Azufre, % masa o 3 Densidad absoluta a 15.6 C, kg/m

0.066 741.0

o

Destilación, C: Punto inicial de ebullición o Recobrado a 70 C, % volumen o Recobrado a 100 C, % volumen o Recobrado a 190 C, % volumen Punto final de ebullición Estabilidad a la oxidación, min Goma existente, mg/100 ml Número de Octano Investigación F-1 Presión de vapor Reid, kPa Tetraetilo de Plomo, g Pb/l

29.4 29.0 45.0 91.0 217.2 705 4.7 92.7 75.1 0*

3 - USOS DEL PRODUCTO La gasolina motor extra, por su alto octanaje es utilizada como combustible en los motores de gasolina de alta relación de compresión como son los de los modelos recientes de automóviles, según recomendación del fabricante.

292


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

4 - PRECAUCIONES Y MANEJO DEL PRODUCTO Pueden tomarse las mismas de la gasolina motor regular.

5 - MODALIDAD DE VENTA La misma de la gasolina motor regular.

APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

293

APENDICE 3

GASOLINA DE AVIACION 1 - DESCRIPCION DEL PRODUCTO La gasolina de aviación es un combustible elaborado a base de productos obtenidos de la reacción de Alquilación Catalítica de los butanos y butilenos, lo cual le imprime calidad antidetonante de alto nivel. La calidad de los alquilatos es aumentada mediante la adición de compuestos aromáticos que mejoran el octanaje de esta gasolina.

2 - CARACTERISTICAS TIPICAS DE CALIDAD Azufre total, % masa Color Corrosión lámina de cobre o 3 Densidad absoluta a 15.6 C, kg/ m

0.014 Verde 1 704.5

o

Destilación, C: Punto inicial de ebullición 10% recobrado a 40% recobrado a 50% recobrado a 90% recobrado a Punto final de ebullición Goma existente, mg/100 ml Goma potencial, mg/100 ml Precipitado, mg/100 ml Interacción de agua y combustible: Clasificación y separación Cambio de volumen en ml Número de Octano-Supercarga (F-4) Potencia Calorífica Neta, kJ/kg Presión de Vapor Reid, kPa o Punto de Anilina, C o Punto de Congelación, C Tetraetilo de plomo, g Pb/ l Aromáticos, % volumen

37.8 65.5 98.3 103.3 121.1 166.7 0.2 1.6 0.0013 No 1 0.5 130.9 44 105 46.2 66.1 - 62.2 0.85 8.79

294


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

3 - USOS DEL PRODUCTO

La gasolina de aviación es utilizada exclusivamente como combustible en los motores de combustión interna da aviones.

4 - PRECAUCIONES Y MANEJO DEL PRODUCTO La gasolina es perfectamente segura, siempre y cuando se maneje correctamente y sea usada sólo como combustible de motor. Debe evitarse contacto con la piel, debido a que contiene compuestos orgánicos de plomo altamente tóxicos. Las demás recomendaciones dadas para la gasolina regular también pueden tenerse en cuenta para éste caso.

5 - MODALIDAD DE VENTA Se despacha a granel bajo la modalidad de oleoducto.

APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

295

APENDICE 4

COMBUSTIBLE DIESEL (ACPM) 1 - DESCRIPCION DEL PRODUCTO El ACPM es un destilado medio obtenido del fraccionamiento o destilación primaria del petróleo.

2 - CARACTERISTICAS DE CALIDAD Cumple norma ICONTEC 1438 Azufre, % masa Ceniza, % masa Corrosión lámina de cobre o 3 Densidad absoluta a 15.6 C, kg/m

0.55 0 1 867.6

o

Destilación, C: Punto inicial de ebullición 90% recobrado a Punto final de ebullición Indice de Cetano o Punto de fluidez, C o Punto de inflamación, C o 2 Viscosidad a 37.8 C, mm /s

227.8 350.6 375 51.5 - 1.5 97.8 5.83

3 - USOS DEL PRODUCTO Este producto es especialmente utilizado como combustible para motores diesel en equipo automotor y puede utilizarse en equipo industrial.

4 - PRECAUCIONES Y MANEJO DEL PRODUCTO Este combustible como todos los demás debe manejarse adecuadamente.

296


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

5 - MODALIDAD DE VENTA

El producto se despacha bajo las modalidades de oleoducto (mínimo 40.000 galones), planchón (mínimo 20.000 galones) y carrotanque (mínimo 2.000 galones).

APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

297

APENDICE 5

COMBUSTOLEO 1 - DESCRIPCION DEL PRODUCTO El combustóleo es un combustible elaborado a partir de productos residuales obtenidos en los procesos de refinación del petróleo crudo.

2 - CARACTERISTICAS TIPICAS DE CALIDAD Agua y sedimento, % volumen Azufre, % masa Ceniza, % masa o

Densidad absoluta a 15.6 C, kg/m Potencia Calorífica Bruta, kJ/kg o Punto de fluidez, C o Punto de inflamación, C o Viscosidad a 50 C, SSF

0.1 1.96 0.109 3

1 014.5 42 204 - 9.4 83.3 222

3 - USOS DEL PRODUCTO El combustóleo se utiliza exclusivamente como combustible industrial en hornos y calderas, para lo cual se requiere un buen precalentamiento con el fin de obtener una combustión óptima.

4 - PRECAUCIONES Y MANEJO DEL PRODUCTO Aunque es un producto estable, sin embargo, debe tenerse especial cuidado al o calentarlo a temperaturas por encima de 70 C, dada las concentraciones de vapores y las posibilidades de incendio.

5 - MODALIDAD DE VENTA Se vende bajo las modalidades de carrotanque (mínimo 2.000 galones) y en planchones (mínimo 20.000 galones). En vagón-tanque (mínimo 2.000 galones).

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APENDICE 6

QUEROSENO 1 - DESCRIPCION DEL PRODUCTO El queroseno es un producto intermedio de la destilación del petróleo obtenido mediante el fraccionamiento del petróleo crudo.

2 - CARACTERISTICAS TIPICAS DE CALIDAD Azufre, % masa Color Saybolt o 3 Densidad absoluta a 15.6 C, kg/m

0.26 + 16 831.9

o

Destilación, C: Punto inicial de ebullición Punto final de ebullición

180.6 295.6

Punto de humo, mm o Punto de inflamación, C

18.7 59.4

3 - USOS DEL PRODUCTO El queroseno es utilizado como combustible doméstico en las estufas y quemadores, diseñados para el cocimiento de alimentos.

4 - PRECAUCIONES Y MANEJO DEL PRODUCTO El producto como todos los combustibles, debe manipularse y distribuirse en espacios bien ventilados, libres de fuentes de ignición con el fin de evitar la concentración de vapores y mezclas explosivas.

5 - MODALIDAD DE VENTA Este producto se entrega bajo las modalidades de oleoducto, planchón (mínimo 20.000 galones) y carrotanque (mínimo 2.000 galones).

APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

299

APENDICE 7

TURBOSINA JP-A 1 - DESCRIPCION DEL PRODUCTO El JP-A es un destilado medio obtenido en la destilación primaria de mezclas de petróleo crudo, especialmente seleccionadas.

2 - CARACTERISTICAS TIPICAS DE CALIDAD Cumple con normas internacionales y de fabricantes de turbinas para aviones. Acidez total, mg KOH/g Azufre de mercaptanos, % masa Azufre total, % masa Color Saybolt Corrosión lámina de cobre Corrosión lámina de plata o Densidad relativa 15.6/15.6 C

Neutral 0.0005 0.140 + 20 1 0 0.8193

o

Destilación, C: Punto inicial de ebullición 10% recobrado a 20% recobrado a 50% recobrado a 90% recobrado a Punto final de ebullición Goma existente, mg/100 ml Indice de separación de agua modificado Interacción de agua y combustible: Clasificación separación Cambio de volumen, ml Potencia Calorífica Neta, kJ/kg o Punto de anilina, C o Punto de congelación, C Punto de humo, mm o Punto de inflamación, C Aromáticos, % volumen Olefinas, % volumen

168.3 185.0 192.2 212.8 248.9 268.3 1.2 86 No 1 0.5 43 115 58.4 - 53.9 21.1 50.6 17 0.94

300


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

3 - USOS DEL PRODUCTO Este combustible, por sus características de calidad muy especiales lo hace adecuado para su utilización en las turbinas de aviones a propulsión Jet.

4 - PRECAUCIONES Y MANEJO DEL PRODUCTO Este combustible, dada la importancia de su uso, debe ser manejado cuidadosamente utilizando equipos adecuados, con el fin de evitar sobre todo las contaminaciones con otros productos, que pueden ocasionar graves consecuencias en los motores.

5 - MODALIDAD DE VENTA Se vende a granel bajo la modalidad de oleoducto.

APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

301

APENDICE 8

BASES LUBRICANTES 1 - DESCRIPCION DEL PRODUCTO Las bases lubricantes son fracciones de petróleo obtenidas en la etapa de destilación al vacío de crudos seleccionados y que luego de ser sometidas a tratamientos de desparafinado, hidrogenación y extracción con fenol, presentan caraterísticas apropiadas para la formulación de aceites lubricantes de óptima calidad. Dependiendo de la naturaleza del crudo del cual proceden se clasifican en Bases Parafínicas y Bases Nafténicas. Su rango de destilación está normalmente o o comprendido entre 350 C y 650 C.

2 - CARACTERISTICAS TIPICAS DE CALIDAD CARACTERISTICAS

Color Densidad a 15.6oC, kg/m3 Indice de Viscosidad Número de neutralización, mg KOH/g Punto de fluidez, oC

BASES PARAFINICAS Livianas Media B. Stock

BASES NAFTENICAS Media Pesada

1.0

2.0

3.5

2.0

863.9 93 neutral

880.1 93 neutral

899.6 88 neutral

907.7 44 neutral

3.5 917.1 46 neutral

- 1.1

- 1.1

- 9.4

- 26.1

- 9.4

Punto de inflamación, oC Viscosidad a 37.8oC, mm2/s

193.3

232.8

289.4

221.1

272.2

22.7

73.1

481.5

114.4

460

Viscosidad a 37.8oC, SSU Viscosidad a 98.9oC, mm2/s

109.5

339

2 232

530

2 131

Viscosidad a 98.9oC, SSU

4.22

8.43

27.5

9.24

21.2

40.1

53.9

131.5

56.7

103.8

3 - USOS DEL PRODUCTO La principal aplicación de las bases se presenta en la formulación de aceites lubricantes tanto para uso automotor como para uso industrial. Las bases parafínicas son preferidas donde se requiere un índice de viscosidad alto, mientras

302


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

las bases nafténicas se utilizan preferencialmente cuando se necesita lubricación a bajas temperaturas, y una mejor fluidez. Otros usos secundarios de las bases son los siguientes: vehículo en formulaciones de tintas, en vaselinas, como agente para ablandamiento del fique. etc.

4 - PRECAUCIONES Y MANEJO DEL PRODUCTO Las bases lubricantes deben almacenarse en recipientes limpios y cerrados y mantenerse alejados de posibles fuentes de combustión. Debe evitarse el contacto prolongado o repetido con la piel pues causa irritación.

5 - MODALIDAD DE VENTA Las entregas se efectúan en modalidad granel, carrotanque o planchones fluviales del comprador.

APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

APENDICE 9

CONVERSION DE VISCOSIDADES

303

304


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

APENDICE 10

DIAGRAMA VISCOSIDAD – TEMPERATURA

APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

APENDICE 11

TABLA PARA INDICE DE VISCOSIDAD

305

306


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

APENDICE 11


APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

APENDICE 11


307

308


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

APENDICE 12


APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

APENDICE 12


309

310


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

APENDICE 13

NOMOGRAMA PARA INDICE DE VISCOSIDAD INTERVALO DE 0 -100

APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

311

APENDICE 14

NOMOGRAMA PARA INDICE DE VISCOSIDAD INTERVALO DE 100 - 300

312


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

APENDICE 15

DIAGRAMA PARA MEZCLAS

APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

APENDICE 16

ESCALAS DE COLORES

313

314


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

APENDICE 17

TABLA PARA DILUCION DE ACEITE CON COMBUSTIBLE DIESEL % Dilució n 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Viscosidad del aceite nuevo en Segundos Seybolt Universal (SSU) 56 55 54 53 52 51 50 50 49 49 48 47 47 46 46 45

% Dilució n 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

58 57 56 55 54 53 52 52 51 50 49 49 48 47 47 46

60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 50 49 48 47 47

62 60 59 58 57 56 55 54 53 52 52 51 50 49 48 48

64 62 60 59 58 57 56 55 54 53 52 52 51 50 49 49

66 64 62 61 60 59 58 57 55 54 53 52 51 50 50 49

68 66 64 63 62 61 60 58 56 55 54 53 52 51 51 50

70 68 66 65 64 62 61 59 57 56 55 54 53 52 52 51

72 70 68 67 66 64 63 61 59 58 57 56 55 54 53 52

74 72 70 69 68 66 65 63 61 60 58 57 56 54 53 52

76 74 72 71 70 68 67 65 63 62 60 59 57 55 54 53

78 76 74 72 71 69 68 66 64 62 60 59 58 56 55 54

80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 61 60 58 56 55 55

82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 59 57 56 55

Viscosidad del aceite nuevo en Segundos Seybolt Universal (SSU) 84 82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 57 56

86 84 82 80 77 75 73 71 69 67 65 63 61 59 58 57

88 86 83 80 78 76 74 72 70 67 65 63 61 59 58 57

90 87 84 81 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 59 58

92 89 86 83 80 77 75 73 71 69 67 65 63 61 60 57

94 91 88 85 82 79 76 74 72 70 68 66 63 61 60 59

96 93 90 86 83 80 77 75 73 71 69 66 64 62 61 60

98 95 91 88 85 81 78 76 74 72 70 67 65 63 62 60

100 97 93 90 86 82 80 78 75 73 70 68 66 64 62 61

102 99 94 91 87 83 81 79 76 74 71 69 67 65 63 61

104 100 96 92 88 85 82 80 77 74 72 70 68 66 64 62

106 101 97 93 89 86 83 81 78 75 73 71 69 67 65 63

108 103 98 94 90 87 85 82 79 76 74 72 70 68 66 64

APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

APENDICE 18

EQUIVALENCIA ENTRE RESIDUO CORADSON Y RAMSBOTTON

315

316


⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

APENDICE 1

APENDICE ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

317

GUIA PARA EVALUAR LA CONDICION DE UN ACEITE PARA TRANSFORMADOR El aceite dieléctrico usado en los transformadores experimenta un proceso de oxidación natural que causa una degradación constante y progresiva a sus características originales. Este proceso produce ácidos orgánicos y ésteres que imparten al aceite un color que va desde el amarillo rojizo hasta un marrón oscuro, casi negro. Estos ácidos y ésteres son de naturaleza polar y tenso-activa, la cual desmejora la Tensión Interfacial y las características dieléctricas. Tomando en cuenta este fenómeno, es posible estimar la condición de operatividad de un aceite para transformadores, observando su color y midiendo su acidez y tensión interfacial. La experiencia acumulada hasta ahora ha permitido combinar gráficamente esos tres factores en la forma que muestra el gráfico anterior, con el cual se puede evaluar la degradación del aceite, usando el procedimiento siguiente: 1. Se mide la Tensión Interfacial ASTM D–974 y el resultado se indica en el gráfico. 2. Se mide la acidez (Número de Neutralización) ASTM 974 y el resultado también se lleva al gráfico. 3. El punto donde se corten esos dos valores determinará las condiciones del aceite. a) Excelentes o buenas, si el punto cae por encima o entre las líneas sólidas. b) Aceptables, si cae cerca de la línea sólida inferior. c) Dudosas, si el punto cae sobre o entre las líneas de guiones, y d) Malas o malísimas, si el punto cae en cualquier otro sitio por debajo de la línea de guines inferior.

318


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BIBLIOGRAFIA AIMUN - U.N. Albarracín A. Pedro Arias Paz Manuel ASTM STANDARDS Cabello R. Jesús Cummins Cummins Dow Corning Esso Esso Esso Esso Esso Esso Francis Wilfrid Hobson Poul Mundi Crespo Eloy Mobil Mobil Mobil Mobil Mobil Mobil O'Connor-Boyd Shell Shell Shell Shell SKF Texaco Texaco Texaco Texaco Veedol

FUNDAMENTOS DE TRIBOLOGIA Y LUBRICACION - MEMORIAS DEL CURSO - MAYO DE 1994 LUBRICACION INDUSTRIAL Y AUTOMOTRIZ - Tomo I MANUAL DE AUTOMOVILES PRODUCTOS DEL PETROLEO Y LUBRICANTES MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA LUBRICACION Y FILTRACION ESPECIFICACIONES PARA INTERVALOS DE CAMBIOS DE ACEITE LUBRICANTES ESPECIALES LUBRICACION DE COJINETES, ENGRANAJES Y ACOPLAMIENTOS FLEXIBLES CONTROL DE CALIDAD LUBRICACION DE COJINETES SIMPLES, COJINETES ANTIFRICCION, COJINETES DE EMPUJE Y ENGRANAJES CATALOGO DE PRODUCTOS LUBRICACION DE COMPRESORES PRINCIPIOS DE LUBRICACION LOS COMBUSTIBLES Y SU TECNOLOGIA PRACTICA DE LA LUBRICACION INDUSTRIAL LOS LUBRICANTES Y SUS APLICACIONES ENGRANES Y SU LUBRICACION LUBRICACION DEL MOTOR DIESEL ESTACIONARIO FUNDAMENTOS DE LUBRICACION LUBRICACION AUTOMOTRIZ RODAMIENTOS Y SU LUBRICACION CATALOGO DE PRODUCTOS STANDARD HANDBOOK OF LUBRICATION ENGINEERING CATALOGO DE PRODUCTOS PRICIPIOS DE LUBRICACION MOTORES COJINETES, RODAMIENTOS Y ENGRANAJES LUBRICACION DE RODAMIENTOS OPERACION Y CUIDADO DE MAQUINARIA HIDRAULICA CATALOGO DE PRODUCTOS FLUIDOS PARA SISTEMAS HIDRAULICOS GRASAS LUBRICACION INDUSTRIAL

Lubricacion Industrial

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