LUBRICANTES
Lubricante Un lubricante es una sustancia que, colocada entre dos piezas móviles, no se degrada, y forma así mismo una película que impide su contacto, permitiendo su movimiento incluso a elevadas temperaturas y presiones presiones.. Una segunda definición es que el lubricante es una sustancia (gaseosa, líquida o sólida) que ree mplaza una fricción entre dos piezas en movimiento relativo por la fricción interna de su smoléculas moléculas,, que es mucho menor. En el caso de lubricantes gaseosos, se puede considerar una corriente de aire a presión que separe dos piezas en movimiento, en el caso de los líquidos, los más conocidos son los aceites lubricantes que se emplean, por ejemplo, en los motores. Los lubricantes sólidos son, por ejemplo, el disulfuro de molibdeno (MoS2), la mica y el grafito grafito..
Tipos Existen distintas sustancias lubricantes dependiendo de su composición y presentación:
Líquidos
De base (origen) mineral o vegetal. Son necesarios para la lubricación hidrodinámica y son usados comunmente en la industria, motores y como lubricantes de perforación.
Semisólidos
Son las denominadas "Grasas". Su composición puede ser mineral, vegetal o animal y frecuentemente son combinadas con lubricantes sólidos como el Grafito, Molibdeno o Litio.
Sólidos
Es un tipo de material que ofrece mínima resistencia molecular interna por lo que por su composición ofrece optimas condiciones de lubricación sin necesidad de un aporte lubricante líquido o semisólido. El más común es el Grafito aunque la industria está avanzando en investigación en materiales de origen metálico. [
El lubricante es una sustancia que introducida entre dos superficies móviles reduce la fricción entre ellas, facilitando el movimiento y reduciendo el desgaste. El lubricante cumple variadas funciones dentro de una máquina o motor, entre ellas disuelve y transporta al filtro las partículas fruto de la combustión y el desgaste, distribuye la temperatura desde la parte inferior a la superior actuando como un refrigerante, evita la corrosión por óxido en las partes del motor o máquina, evita la condensación de vapor de agua y sella actuando como una junta determinados componentes. La propiedad del lubricante de reducir la friccion entre partes se conoce como Lubricación y la ciencia que la estudia es la tribología. Un lubricante se compone de una base, que puede ser mineral o sintética y un conjunto de aditivos que le confieren sus propiedades y determinan sus características. Cuanto mejor sea la base menos aditivos necesitará, sin embargo se necesita una perfecta comunión entre estos aditivos y la base, pues sin ellos la base tendría unas condiciones de lubricación mínimas.
Los Lubricantes y el mundo del automovil estan estrechamente unidos, las dos industrias se desarrollan mutuamente y la mayor relevancia esta en las competiciones. El automovil no existiria sin los derivados del petroleo, tampoco la industria, tal como es hoy, los lubricantes y derivados del petroleo son una familia extensisima en historia, hechos y alcances, que por si sola podrian llenar enciclopedias completas Utilizaremos la parte que corresponde al automovil, aunque es muy dificil en algunos casos no enlazar con el resto de tecnologias que se relacionan.
Muchas de las grandes marcas vendedoras de lubricantes no tienen fábricas y destilerías propias. No vamos a incluir marcas por el mero hecho de hacerlo, ni tampoco solo las refinerias, vamos a incluir marcas que tengan relacion y relevancia en la historia del automovil o aporten algo importante, Hay marcas que compran a otros. Una de estas marcas (que no voy a nombrar) tiene 22% del mercado en USA, pero no fabrica nada…por otro lado, muchas de las destilerías no venden con etiqueta propia, sino que ponen etiquetas de otros…en este momento, hay más de 6.100 marcas de aceites de motor pero menos de 150 plantas de refinería…(!)
La industria de lubricantes constantemente mejora y cambia sus p roductos, a medida que los requerimientos de los automóviles nuevos cambian, y nuevos procesos químicos y de destilación son descubiertos. Nos vamos a limitar a tratar los lubricantes (aceites y grasas) "comunes" al uso normal. Hay lubricantes de goma, lubricantes secos, lubricantes de silicona y lub ricantes clorinados. Tambien hay tecnologías nuevas como rodamientos de aire y rodamientos magnéticos. Lubricantes son materiales puestos entremedio de partes en movimiento con el propósito de
brindar enfriamiento, (transferencia de calor), reducir la fricción, limpiar los componentes, sellar el espacio entre los componentes, aislar contaminantes y mejorar la eficiencia de operación. Por ejemplo, lubricantes trabajan en función de "sellador" ya que todas las superficies metálicas son irregulares (vistas bajo microscopio se ven llenas de po ros y rayaduras) y el lubricante "llena" los espacios irregulares de la superficie del metal para hacerlo "liso", además sellando así la "potencia" transferida entre los componen tes. Si el aceite es muy liviano, no va a tener suficiente resistencia y la potencia se va a "escapar"…si el aceite es muy pesado, la potencia se va a perder en fricción excesiva (y calor). En general cuando los aros de un motor empiezan a fallar, se dice que el motor "quema aceite", ya que el aceite se escapa entre los aros y la camisa del pistón, perdiendo así también potencia…Si el aceite se ensucia, actu ará como abrasivo entre los componentes, gastándolos. Otro ejemplo: lubricantes trabajan como limpiadores ya que a yudan a quitar y limpiar los depósitos producidos por los derivados de la combustión (una especie de carbónilla, que es una mezcla de gasolina, nafta o gasoil quemado, agua y productos de la descomposición del lubricante mismo). Más adelante cuando hablemos de aditivos detergentes se entenderá más todavía. Si el aceite es muy liviano, no va a poder limpiar lo suficiente y no proveerá aislación de esta "basura"; si es muy pesado se va a mover muy despacio y no va a poder entrar en los lugares más ajustados. Aceite sucio, sea pesado o liviano, simplemente seguirá agregando "basura", sin ayudar a la limpieza. El aceite "justo" va a ayudar a remover la "basura" y mandarla al filtro. En general la función limpiadora del lubricante es ayudada con un filtro, para que el aceite pueda retornar (limpio, una vez que pasó por el filtro) a limpiar una vez más las superficies bajo presión y fricción. Otro uso de lubricantes es transmitir o transferir potencia de una parte d e la maquinaria a otra, por ejemplo en el caso de sistemas hidráulicos (bomba de dirección, etc). No todos los lubricantes sirven para esto y no todos los lubricantes deben cumplir esta función. Lubricantes también contribuyen al enfriamiento de la maquinaria ya que transportan calor de las zonas de alta fricción hacia otros lados (radiadores, etc) enfriándola antes de la próxima pasada. Tipos de lubricación El tipo de lubricación que cada sistema necesita se basa en la relación de los componentes en movimiento. Hay tres tipos básicos de lubricación: por barboteo, p or presión (hidrodinámica), y mixta. El tipo de lubricación depende de la presión entre los componentes a ser lubricados, la velocidad relativa entre los componentes, la viscosidad del lubricante, temperaturas y otros factores. Lubricación por barboteo ocurre a baja velocidad relativa entre los componentes y cuando no hay una capa completa de lubricante cubriendo las piezas. Durante lubricación por
barboteo, hay contacto físico entre las superficies y hay desgaste. La cantidad de desgaste y fricción entre las superficies depende de un número de variables: la calidad de las superficies en contacto, la distancia entre las superficies, la viscosidad del lub ricante, la cantidad de lubricante presente, la presión, el esfuerzo impartido a las superficies, y la velocidad de movimiento. Todo esto afecta la lubricación por barboteo. La mayor cantidad del desgaste ocurre al arranccar el motor. Esto sucede por la baja lubricación, ya que el aceite se ha "caído" de las piezas al fondo del carter…produciendo contacto de metal-a-metal. Una vez que arranca el motor, una nueva capa de lubricante es establecida con la ayuda de la bomba de aceite y las salpicaduras de alguna pieza en inmersion(a veces las bielas tienen una especie de cucharilla que aumenta el barboteo)a medida que los componentes adquieren velocidad de operación. En algún momento de velocidad crítica la lubricación barboteo desaparece y dá lugar a la lubricación hidrodinámica. Esto sucede cuando las superficies están completamente cubiertas con una película de lubricante. Esta condición existe una vez que una película de lubricante se mantiene entre los componentes y la presión del lubricante crea una "ola" de lubricante delante de la película que impide el contacto entre superficies. Bajo condiciones hidrodinámicas, no hay contacto físico entre los componentes y no hay desgaste. Si los motores pudieran funcionar bajo condiciones hidrodinámicas todo el tiempo, no habría necesidad de utilizar ingredientes anti-desgaste y de alta presión en las fórmulas de lubricantes. Y el desgate sería mínimo! La propiedad que más afecta a la lubricación hidrodinámica es viscosidad. La viscosidad debe ser lo suficientemente alta para brindar lubricación (impregnacion) durante el arranque del motor con el mínimo de desgaste, pero la viscosidad también debe ser lo suficientemente baja para reducir al mínimo la "fricción viscosa" del a ceite a medida que es bombeada entre los rodamientos, casquillos y las bancad as, una vez que llega a convertirse en lubricación hidrodinámica. Una de las reglas básicas de lubricación es que la menor cantidad de fricción innecesaria va a ocurrir con el lubricante de menor viscosidad posible para cada función específica. Esto es ya que cuanto más baja la viscosidad, menos energía es desperdiciada bombeando el lubricante.
Lubricación mixta es exactamente eso: una mezcla inestable de lubricación por barboteo y presion(hidrodinámica). Por ejemplo, cuando arrancas el motor (o cu ando arranca un componente), la velocidad de los componentes aumenta velozmente y por una pequeña fracción de segundo se produce lubricación mixta. En otras situaciones, cuando el esfuerzo y la velocidad de los componentes varía ampliamente durante el uso (durante manejo en montaña o en tráfico, por ejemplo) la temperatura puede hacer que el lubricante se "queme" más rápido y que así la lubricación por presion hidrodinámica sea difícil de adquirir (ya que el lubricante ha perdido el beneficio de ciertos aditivos que se "quemaron"), dejando así el motor trabajando en una condición de lubricación mixta, que producirá más desgaste. Es más o menos así:
Si dejas la lubricación constante (al dejarlo en pocas vueltas) pero aumentás el esfuerzo del motor, aumentarás el desgaste. Si aumentás el esfuerzo, aumentá las vueltas del motor para aumentar la lubricación, ya que al subir vueltas, acelerás la bomba de aceite! Esto es un ejemplo de lubricación hidrodinámica perdiendo efecto y convirtiéndose en lubricación mezclada (de alto desgaste de componentes). Lo bueno es que las subidas no son eternas , así que ningún motor trabaja en condiciones de lubricación mezclada 100% del tiempo, sino no duraría mucho.
Cambios en los requerimientos de lubricantes En los últimos años, los fabricantes de vehículos han empezado a especificar lubricantes para uso normal que son mucho más livianos (de más baja viscosidad) que los que se usaban antes. Esto se debe en parte a un intento a reducir el consumo al reducir la fricción innecesaria creada por lubricantes pesados. Por otro lado, los vehículos modernos (de los últimos 20 años) arrancan a temperaturas más bajas que las que se considereban “temperaturas mínimas de arranque” en el pasado. En algunos casos, las partes en movimiento nunca salen de condiciones de lubricación por impregnacion o limitrofe. Esto sucede por que no hay forma de mantener la película de lubricante o por el tipo de movimiento de las partes, que no es continuo. Buenos ejemplos son las rótulas y los extremos de dirección, y la lubricación que ocurre entre los elásticos de la suspensión. En estos c asos, para separar los componentes se necesita un lubricante más “grueso” y “pegajoso”, como las grasas, o incluso a veces lubricantes secos, como los que se utilizan entre los apoyos elásticos de algunos vehículos. Este tipo de lubricantes se necesitan en estos casos para reducir (minimizar) el desgaste creado por las partes en movimiento que nunca salen de condiciones de lubricación limítrofe.
Principios de selección de lubricantes La regla general es más o menos así: “usar la viscosidad mínima necesaria para proveer lubricación limítrofe durante el “arranque” (o en el caso de piezas que no son motores, al moverse por primera vez cada vez que se usa) y a la vez de una viscosidad máxima necesaria para no contribuir con fricción y pérdidas de potencia (en forma de calor y desgaste) innecesarias”…espero haberme explicado más o menos claramente.
La elección de lubricantes nunca es fácil, y siempre requiere compromisos. Por ejemplo, un lubricante más grueso (viscoso) va a cubrir las superficies de un rodamiento y probablemente se va a “quedar” en el rodamiento más fácilmente, pero a la vez va a generar más fricción, más temperatura y más presión. Pero en un motor viejo, a veces se usa aceite un poco más pesado (viscoso) que lo normal para reducir las pérdidas (para que queme menos aceite), sabiendo que generará más fricción y va a subir más la temperatura. El problema es que si el lubricante es muy viscoso/pesado, se necesita mas energia de arranque.
Estructura básica de los lubricantes La mayoría de los lubricantes son derivados de hidratos de carbono (hydrocarbons). Hay lubricantes basados en otras químicas, pero en general son para usos muy especializados, donde lubricantes comunes no se pueden usar. La materia prima para los lubricantes puede ser derivada de las grasas y aceites animales, vegetales o derivados del crudo, (petróleo). Los lubricantes sintéticos estan basados en las mismas materias primas.
Sea el tipo de lubricante que sea, siempre se empieza con la “base”. La base se prepara con un proceso de refinado. El refinado es la destilación de elementos componentes de la materia prima que son evaporados a distintas temperaturas y condensados en distintos receptáculos. A éstos lubricante base se le agregan aditivos anti-óxido y anti-corrosión. Estos aditivos son absolutamente necesarios en todos los lubricantes base para brind ar resistencia a la corrosión a los metales con los que el lubricante va a estar en contacto y resistencia a la oxidación para el lubricante mismo. Oxidación es un proceso muy común entre los aceites, es en si el envejecimiento por contacto con el oxigeno del aire...que aumenta con la mayor temperatura y las presiones mecanicas, es fácilmente reconocido, por ejemplo, en la cocina de casa (manteca y otras cosas que contienen aceite y se ponen rancias). Todos los lubricantes base eventualmente se oxidan y se arruinan. Esto es lo que hace que la grasa se oscurezca y se endurezca y envejezca en si. Los aditivos son importantísimos y esenciales para brindar durabilidad y consistencia a los lubricantes. Una vez que el lubricante base ha sido combinado con los dos aditivos mencionados anteriormente (anti-óxido y anti-corrosión), cosa que se hace inmediatamente después de refinarse, se la agrega un segundo “paquete” de aditivos. Este paquete provee cada lubricante con sus características. Lo que es interesante saber es que la materia prima afecta la calidad final tanto como cada uno de los aditivos que vienen en la botella. Una materia prima de baja calidad va a pasar los requerimientos legales para la venta, pero se va a arruinar mucho más rápido que un lubricante hecho con los mismos
aditivos pero con una mejor materia prima. A su vez, una buena materia prima combinada con aditivos de baja calidad va a producir un lubricante que no posee todo su “potencial”. Grasa es simplemente un lubricante base combinado con aditivos, mezclado con un ingrediente solidificador o procedente de la base solida de la destilacion (vaselina, alquitran). Si la base y los aditivos son de buena calidad, el ingrediente solid ificador va a determinar la calidad y el tipo de uso de la grasa. Muchas grasas son formuladas para usos múltiples, es decir para lubricación de articulaciones del ch asis, (movimientos lentos, de alta presión) y para lubricación de tolerancias más exactas (movimientos rápidos, de menos presión). No porque una grasa es más cara y más “high tech” (avanzada) que otras, es mejor. Un ejemplo típico es la grasa con aditivos arcillosos, que es cara y buenísima para usos de altísimas temperaturas, pero sería terrible para usar en articulaciones del chassis o en rodamientos! Se los come vivos.
CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DE UN LUBRICANTE
Las principales funciones de un lubricante son: - Reducir el rozamiento mejorando el rendimiento del motor y disminuyendo el consumo de carburante. - Proteger los órganos mecánicos contra e l desgaste y la corrosión para g arantizar la longevidad y la eficacia del motor. - Mantener el conjunto de las piezas en un perfecto estado de limpieza, evacuando las impurezas con el cambio de aceite. - Reforzar la impermeabilidad, indispensable para asegurar el buen funcionamiento del motor. - Evacuar de manera eficaz el calor, enfriando el motor para evitar la de formación de las piezas.
CARACTERÍSTICAS DE UN LUBRICANTE
1.2. El Grado - Se define por la clasificación SAE (Sociedad de los Ingenieros del Automóvil). - Se caracteriza por la viscosidad en frío y en caliente del lubricante; dos números separados por la letra “W” (Winter=Invierno) dan el grado. - El primer número, seguido de una “W” representa la viscosidad en frío: 5W, 0W... Cuanto más pequeño es el número, más fluido será e l aceite en frío y falicitará el arranque. - El segundo número representa la viscosidad en caliente: 20 , 30, 40 ... Cuanto más alto sea el número, más viscoso será el aceite en caliente.
1.3. La viscosidad SAE - La viscosidad mide la resistencia a fluir de un líquido. El lubricante es más fluido en caliente y más viscoso en frío. - La utilización de lubricantes fluidos en frío permite reducir los desgastes al arrancar gracias a una lubricación rápida de todas las piezas del motor. LUBRICANTES SINTÉTICOS LA MEJOR ELECCIÓN
8 Razones para utilizar lubricantes sintéticos 1.- ALARGUE LA VIDA DE SU MOTOR Por su menor coeficiente de fricción interna, se reducen los rozamientos, minimizando los desgastes y alargando la vida del motor. Así mismo, los lubricantes sintéticos mantienen más estable su viscosidad en todo rango de temperaturas. 2.- APROVECHE AL MÁXIMO LA POTENCIA DE SU MOTOR Al disminuir los rozamientos, los esfuerzos que tiene que realizar todos los ór ganos móviles del motor son mucho menores, con lo que se consigue aprovechar al máximo su potencia. 3.- REDUZCA EL CONSUMO DE ACEITE Los lubricantes sintéticos son menos volátiles que los aceites minerales, reduciendo así los consumos de aceite por “evaporación” a altas temperaturas. 4.- AHORRE CARBURANTE La disminución de los rozamientos, junto con su gran fluidez, hacen que los esfuerzos del motor sean menores en todo momento, reduciendose el consumo de carburante. 5.- CONTAMINE MENOS La menor cantidad de aditivos necesarios para su fabricación supone una menor c antidad de residuos generados en el aceite usado. 6.- PROLONGUE LA VIDA DEL CATALIZADOR La reducción de las partículas contaminantes que supone el uso de los lubricantes sintéticos, repercute directamente en la mayor duración de los catalizadores, ya que este e lemento es fácilmente contaminable con las impurezas que se generan en la combustión. 7.- PROTEJA EFICAZMENTE EL TURBOCOMPRESOR Debido a su alta estabilidad térmica, y teniendo en cuenta las elevadísimas temperaturas que se generan en el eje del turbocompresor, el uso de lubricantes sintéticos es la opción más recomendable, toda vez que la mayoría de los “gripados” de los turbocompresores son como consecuencia del empleo de aceite s no aptos para esta aplicación,
que no soportan las elevadas temperaturas de ese punto.
Determinación de las propiedades de los aceites lubricantes Ensayo De Viscosidad La máquina para ensayos de viscosidad con la que cuenta el laboratorio de nuestra universidad (fig. 1), consta de un cilindro de vidrio transparente lleno de vaselina medicinal líquida iluminado desde el fondo por una luz, en el cual se colocan 2 pipetas (unos tubos de vidrio normalizados que contienen al aceite y sirven para efectuar la medición de viscosidad). El objetivo del baño de vaselina es alcanzar la temperatura de ensayo (40ºC y 100ºC) y homogeneizar esta en toda la superficie del tubo que contiene el aceite. Esto se consigue mediante una resistencia eléctrica, un agitador, y un sistema electrónico de termostato que censa y regula la temperatura. Todo el dispositivo se encuentra encerrado en una caja transparente para evitar el intercambio de calor entre el cilindro y el medio. Este es un sistema de medición indirecto de la viscosidad. Para realizar el ensayo se procede como sigue: 1.
Mediante una propipeta o pera se bombea aire desde el extremo 1 del tubo para que el aceite llegue a llenar el bulbo de la pipeta hasta la marca ade la parte calibrada del tubo. 2. Se quita la presión del aire y se toma el tiempo que el aceite tarda en vaciar el bulbo de la marca a hasta la b pasando por un tubo calibrado. 3. Con el tiempo registrado se ingresa a una tabla de equivalencias, a la cual se afecta también con la constante del tubo, obteniendo así el valor de la viscosidad a la temperatura de ensayo. Ensayo De Cuatro Bolas La máquina para realizar este ensayo consta de 3 bolillas calibradas de acero que sirven de asiento para la cuarta bolilla. Estas 4 bolillas están en c ontacto entre sí sumergidas en un baño del aceite a ensayar y las tres inferiores están conectadas a un torquímetro de zafe censado por un sistema electrónico. La bola superior, que gira con una velocidad normalizada, es cargada normalmente de modo que ejerza presión sobre las 3 bolillas fijas. Esta presión se incrementa gradualmente hasta que se empiezan a producir pequeñas soldaduras entre las bolillas debido a la ruptura de la capa lubricante que las protege, quedando en contacto directo unas con otras. Estas soldaduras ocasionan una transferencia de torque desde la bolilla superior a las 3 inferiores, transferencia de movimiento que antes no existía por la presencia de una capa del lubricante. Esta transferencia es detectada por el torquímetro y mediante un sistema informático se elabora un gráfico del ensayo. El ensayo se repite varias veces para corroborar los resultados. Cabe aclarar que las bolillas se inutilizan luego de cada ensayo. El resultado de este ensayo nos indica a que presión se rompe la capa efectiva de protección del lubricante. Como resultado mas importante de este ensayo, podemos destacar que nos indica hasta que presión puede trabajar el lubricante sin perder sus propiedades características. Además, este ensayo es aplicable también para las grasas.
