SEMINARIO DE TRIBOLOGIA Y LUBRICACIÓN
TRIBOLOGIA Palabra que viene del latín tribo=fricción y logo=tratado Ciencia relacionada en principio sólo con la fricción y en la actualidad extendida a todos los fenómenos que limitan la vida de los equipos. • Sistema tribológico. Es un sistema natural o artificial de elementos materiales, por lo menos dos, donde se presenta la fricción y en casos extremos, el desgaste. • Sistema tribotécnico. Sistema particular o grupo funcional, donde existen varios puntos de fricción, los cuales tienen la función de transmitir energía o movimiento. LA FRICCION Se puede definir como la resistencia al movimiento relativo entre dos cuerpos en contacto. Al frotar un cuerpo contra otro, debe vencerse una resistencia. A esta fuerza que se opone al deslizamiento se le conoce como fricción.
El valor de la fricción de un cuerpo deslizante es igual a la fuerza necesaria para vencerla.
CAUSAS: Ninguna superficie metálica es completamente lisa; aún superficies con acabados que se aproximan a la perfección presentan asperezas cuando se examinan en un microscopio. Las diminutas protuberancias en una superficies interfieren el movimiento relativo de dos cuerpos cuando rozan entre sí dando origen a la fricción al tratar de entrelazarse y agarrarse. EFECTOS DE FRICCION La fricción no solo puede ser considerada desde el punto de vista negativo por efectos que produce en maquinaria; también produce efectos positivos. Sin fricción no sería posible caminar (percibimos la sensación de esta dificultad cuando caminamos sobre el hielo), y muchos de los elementos que aprovechamos, como el automóvil, el freno (el frenado de un automóvil es posible gracias a la fricción, primero entre la balata y el disco y después entre la llanta y el pavimento), la piedra de esmeril, etc., no tendrían razón de ser. En los órganos de las maquinas consideramos la fricción como indeseable porque casi todos requieren del deslizamiento de una parte contra otra. Para vencer la fricción se requiere trabajo y la energía así gastada supone pérdida de potencia y eficiencia. Además donde hay fricción sólida ocurre desgaste, pérdida de material por la acción cortante de las asperezas opuestas y el rompimiento de las minúsculas superficies soldadas. Uno de los problemas de los ingenieros es controlar la fricción; incrementar la fricción donde se requiere (frenos) y reducir donde no es conveniente (cojinetes). La fricción origina calor, produce pérdida de potencia y desgaste de las partes en movimiento, desde el punto que se inicia un rápido deterioro hasta una falla total en la parte en contacto. La fricción es conceptualizada tradicionalmente en la forma de un bloque sobre una superficie horizontal. Se aplica una fuerza al bloque que tiende a moverlo a lo largo de la superficie, tal como lo muestra la figura. Además de la fuerza horizontal F, también existe una fuerza normal N entre el bloque y la superficie, mostrada aquí como resultante del peso del bloque. Conforme se incrementa gradualmente la fuerza F desde un valor bajo, no hay movimiento del bloque por la fricción entre las dos superficies. Finalmente, F alcanza un
cierto valor ( llamado Fs ) que vence la fricción y el bloque comienza a deslizarse. Esto define el coeficiente de fricción estática µs:
µs = Fs /N Una vez que el bloque está en movimiento, la fuerza requerida para mantenerlo en movimiento baja a un valor Fk , que es la fuerza cinética. En la mayoría de la situaciones mecánicas, la fuerza cinética se aproxima al 75% de la fuerza estática, pero esto depende de los materiales involucrados; para alguna combinación de materiales la diferencia entre la fuerza cinética y estática es cero. El coeficiente de fricción cinética µ se puede calcular:
µ= Fk /N Existen varias teorías que explican la fricción la más aceptada es la teoría de la adhesión, la cual sostiene que dos superficies deslizantes (no lubricadas) están en contacto una con la otra solo en una pequeña fracción del área aparente entre ellas. Esto es verdad aun cuando las superficies sean bastante lisas. Cuando se observa en una vista muy amplificada, cada superficie se caracteriza por asperezas microscópicas que hacen contacto con su opuesta sólo en ciertos puntos. Estos puntos comprenden el área real de contacto Ar entre las dos superficies. A causa de que el área real soporta la carga normal, los esfuerzos involucrados en estos puntos de contacto son muy altos y conducen a deformaciones plásticas y adhesión en algunos casos. Debido a la naturaleza aleatoria de las superficies, algunas asperezas experimentan esfuerzos más grandes que otros, de manera que la adhesión ocurre solamente en los puntos donde los esfuerzos son muy altos y hay un contacto físico muy estrecho. También depende del material en contacto y su condición ( que tan limpia y seca está la superficie, por ejemplo). Para romper estos enlaces adhesivos conforme las superficies se mueven, una con respecto a la otra, se requiere una fuerza F, la la cual se aplica contra las uniones como una fuerza cortante. Estas conexiones suman un área equivalente al área real de contacto. De la misma manera, la fuerza normal N implica la resistencia a la fluencia del material (la resistencia a la fluencia del material más débil es la apropiada
aquí) aplicada sobre el área real de contacto. Entonces podemos definir el coeficiente de fricción de acuerdo a la teoría de adhesión como:
Donde:
µ= F /N=τAr/YAr=τ/Y
τ- esfuerzo cortante Y- esfuerzo de fluencia a la compresión de las asperezas. TIPOS DE FRICCION
• Fricción externa. Se da entre cuerpos diferentes. • Fricción interna. Se genera entre partículas de un mismo cuerpo. TIPOS DE FRICCION EXTERNA Dependiendo del movimiento relativo: - Fricción de deslizamiento. Se presenta durante el movimiento relativo tangencial de los elementos sólidos en un sistema tribológico. - Fricción de rodamiento. Se presenta durante el movimiento relativo de rodadura entre los elementos sólidos de un sistema tribológico. - Fricción de rotación. Se presenta durante el movimiento relativo de rotación entre los elementos sólidos de un sistema tribológico. Dependiendo de las condiciones de contacto: - Fricción estática. Pérdida de energía mecánica al inicio y al final del movimiento relativo tangencial entre dos zonas materiales en contacto.
- Fricción móvil. Pérdida de energía mecánica durante el movimiento relativo de zonas materiales en contacto. - Fricción de choque. Pérdida de energía mecánica al inicio y al final del movimiento relativo normal (perpendicular) entre zonas materiales en contacto. ESTADOS DE FRICCION - Fricción metal-metal. La fricción metal-metal es un estado de fricciónque se presenta en diferentes fenómenos tribotécnicos. Tiene lugar en un elemento lubricado como consecuencia del rompimiento de la película límite o por agotamiento de lo aditivos antidesgaste del lubricante. La fricción metal-metal no siempre se debe evitar. Hay casos en donde es imprescindible que ocurra, como por ejemplo en las líneas de ferrocarril, en donde es necesario que que las superficies estén completamente exentas de algún tipo de lubricante para poder rodar y frenar rápidamente. - Fricción pura. Es un estado de fricción en el cual el sistema tribológico está constituido por dos elementos que corresponden a los materiales base. La fricción pura raras veces se encuentra en la práctica industrial y por lo general, se obtiene a nivel de laboratorio, bajo un control muy riguroso de los experimentos. Durante la fricción pura las superficies están libres de cualquier película contaminante. La magnitud del coeficiente de fricción pura varía entre 0,8 a 10 y más. - Fricción sólida. Estado de fricción en el cual el sistema tribológico está constituido por tres elementos que presentan características de cuerpos sólidos. Durante la fricción sólida el tercer elemento está presente en forma de capas de un compuesto adheridas al metal base. En la práctica industrial este estado de fricción se halla ampliamente difundido. Se entienden como compuestos la película límite de aditivo antidesgaste, las capas de óxidos, suciedad, etc. La magnitud del coeficiente de fricción varía entre 0,2 a 0,8. - Fricción fluida. Estado de fricción en el cual el sistema tribológico está constituido por tres elementos, presentando uno de ellos propiedades líquidas. La obtención de la fricción fluida está condicionada a la existencia de un lubricante líquido que separa las superficies de los elementos sólidos, que constituyen el sistema tribológico. - Fricción hidrodinámica. Estado de fricción en el cual las condiciones hidrodinámicas se logran a través del movimiento relativo del par friccionante, cuando se encuentra sometido a ciertas condiciones de
velocidad y de carga. En este estado de fricción juega un papel muy importante la viscosidad del lubricante empleado. Los valores del coeficiente de fricción varían en el rango de 0,001-0,002 en dependencia de la viscosidad del lubricante. - Fricción hidrostática. Es un estado de fricción que se presenta en aquellos mecanismos que giran a bajas velocidades y que soportan grandes cargas y donde, para formar la película hidrodinámica, es necesario inyectar aceite a presión antes y durante el movimiento del mecanismo. - Fricción gaseosa. Estado de fricción en el cual el sistema tribológico está constituido por tres elementos y uno de ellos presenta propiedades gaseosas. Dentro de la fricción gaseosa, una de las formas más difundidas es la que utiliza aire como elemento gaseoso y este separa las superficies de los elementos sólidos, que constituyen el sistema tribológico. La fricción aerodinámica se logra a través del movimiento relativo de los elementos sólidos, mientras que la aerostática se alcanza por medio de una presión exterior. - Fricción mixta. Es un estado de fricción integrado por lo menos por dos estados de fricción, que se presentan simultáneamente en un sistema tribológico. La fricción mixta, formada por los estados de fricción sólida y fluida se encuentra ampliamente difundida en la práctica industrial, sobre todo en aquellas uniones tribotécnicas que se caracterizan por bajas velocidades y grandes cargas ( lubricación elastohidrodinámica o EHL). Durante la fricción mixta, las propiedades de los materiales, que constituyen la unión, juegan un papel de primer orden. La magnitud del coeficiente de fricción mixta varía entre 0,05 y 0,2. LEYES DE LA FRICCION METAL- METAL POR DESLIZAMIENTO La fricción metal-metal presenta las siguientes características: - Es directamente proporcional al peso del elemento que desliza o rueda. - Es independiente del área aparente de las superficies de contacto. Es función del area efectiva, la cual es la suma de las zonas en contacto dadas por las irregularidades de ambas superficies. Por esta razón, el área de contacto no coincide en general con el área geométrica de las superficies que se rozan. - No depende de la velocidad de deslizamiento. - Varía según la naturaleza de los materiales y del acabado superficial.
LEYES DE LA FRICCION METAL-MATAL POR RODADURA - Varía con la carga. - Es inversamente proporcional al diámetro del elemento rodante. - Es menor para superficies pulidas que para superficies rugosas.
REDUCCION DE LA FRICCION Las fuerzas de fricción pueden ser disminuidas por los siguientes factores, los cuales pueden controlarse: 1. La carga: Influye en forma directamente proporcional a la fricción; sin embargo, es parte de todo mecanismo y en la mayoría de los casos s difícil modificar. 2. Naturaleza de los materiales: Dependiendo de su naturaleza química, los cuerpos pueden presentar mayor o menor fricción. EJEMPLO: Dos superficies de acero que deslizan presentan mayor fricción que dos superficies de teflón bajo las mismas condiciones de trabajo. 3. El acabado de las superficies: Los coeficientes de fricción son mayores cuando las superficies son ásperas que cuando son pulidas. 4. Forma de los cuerpos: La fricción por rodamiento es menor que la fricción por deslizamiento. Los cuerpos esféricos o cilíndricos, por lo tanto, ocasionan menor fricción. 5. La lubricación utilizada. DESGASTE Es consecuencia directa de del rozamiento metal-metal entre dos superficies y se define como el deterioro sufrido a causa de la intensidad de la interacción
de sus rugosidades superficiales. El desgaste puede llegar a ser crítico, haciendo que las piezas de una máquina pierdan sus tolerancias y queden inservibles, causando costosos daños y elevadas pérdidas de producción. TIPOS DE DESGASTE • ADHESIVO. Se presenta cuando las irregularidades de una superficie interactúan directamente con las de otra, se adhieren y se soldan, dando lugar en la mayoría de los casos al desprendimiento de partículas.
Causas: - Falta de aplicación de un lubricante. - Rompimiento de la película límite por agotamiento o por sobrecarga. - Un bajo nivel, viscosidad o presión del aceite en el sistema. - Un alto nivel, viscosidad o presión del aceite en el sistema. Soluciones: - Cambiar el aceite dentro de las frecuencias normales. - No sobre cargar los mecanismos. - Mantener el nivel, viscosidad y presión del aceite. • ABRASIVO. Es el resultado de la presencia entre las superficies en movimiento relativo de partículas extrañas de igual o mayor dureza a la de los materiales que los conforman. Las partículas abrasivas se incrustan
ellas mismas en una de las superficies y actúan como una herramienta de corte, removiendo material de la otra superficie. Causas: - Problemas de filtración - Presencia de partículas sólidas de igual o mayor tamaño al juego dinámico. - Presencia de partículas sólidas de menor tamaño al juego dinámico con incremento de la carga. - Las partículas sólidas provienen de algún otro tipo de desgaste o del medio ambiente. • CORROSIVO. Es el deterioro lento y progresivo de las superficies metálicas al estar presente sustancias ácidas que afectan la metalurgia de los mecanismos. Este tipo de desgaste también se puede presentar por vibraciones en el sistema, que interrumpen la película lubricante y hacen que la humedad del ambiente corroa las superficies.
Causas: - Intervalos de uso del aceite muy prolongado (aceite oxidado) - Contaminación del aceite con ácidos o con agua. - Vibraciones y humedad en el ambiente (maquinaria textil) Soluciones: - Cambiar el aceite dentro del intervalo de vida útil. - Utilizar el lubricante adecuado para condiciones de vibración y humedad. • EROSIVO. Es causado por un fluido a alta presión y puede llagar a ser crítico si tiene partículas sólidas en suspensión, las cuales al impactar sobre las superficies arrancan material de ellas, debido al efecto de los momentum de las partículas. La perdida de material puede ser significativa, provocando roturas por fatiga. Causas: - Alto nivel del aceite. - Alta viscosidad del aceite. - Alta presión del sistema. - Partículas sólidas en el aceite fluyendo a alta presión. Soluciones: - Mantener el nivel, la viscosidad y la presión del aceite en el sistema dentro del rango normal. - Implementar sistemas de filtración. - Cambiar el aceite con mas frecuencia. • FATIGA SUPERFICIAL. Se presenta como consecuencia de los esfuerzos cíclicos de tensión, compresión y esfuerzos cortantes sobre una superficie, los cuales dan como resultado grietas profundas de fatiga que causan finalmente la aparición de picaduras y escamas.
Causas: - Es inevitable con el tiempo. - Se puede incrementar con la presencia de partículas del mismo tamaño o ligeramente más grandes que el juego dinámico y que no se adhiere a ninguna superficie en movimiento. Soluciones: - Un proceso tribológico positivo. - Mantener el aceite limpio. • POR CAVITACION. Tiene lugar cuando el aceite fluye a través de una región donde la presión es menor que la de su presión de vapor, esto hace que el aceite hierva y forme burbujas de vapor, las cuales son transportadas por el aceite hasta llegar a una región de mayor presión, donde el vapor
regresa al estado líquido en forma súbita, generando fugas sobre las superficies metálicas que dan lugar a la aparición de picaduras y grietas. Causas: - Entrada de aire en el sistema de lubricación. - Alta tendencia del aceite a formar espuma. Soluciones: - Inspeccionar el sistema de lubricación. - Seleccionar correctamente el lubricante. - Incremento de la presión en el sistema o utilizando aceites con presiones de vapor bajas a altas temperaturas. • POR CORRIENTES ELECTRICAS. Se presenta como consecuencia del paso de corrientes eléctricas a través de los elementos de una máquina, como en el caso de los rodamientos y cojinetes lisos en turbomaquinaria. Causas: - Toma a tierra defectuosa (Motores eléctricos) - Corrientes parásitas (torbomaquinaria) Soluciones: - Inspeccionar la toma a tierra en equipos rotatorios. • POR DIFUSION. La difusión metálica puede ser un factor de desgaste a altas temperaturas. La difusión es un proceso de transferencia de masa, que se acelera al incrementarse la temperatura; por ejemplo, un proceso de maquinado implica el contacto íntimo entre el material de trabajo y la herramienta de corte a temperaturas que se aproximan algunas a veces a los 1100o C. Bajo estas condiciones la difusión es un mecanismo de desgaste significativo en la herramienta. Causas: - Altas temperaturas. Soluciones: - Utilizar lubricante, refrigerante. PROBLEMAS OCACIONADOS POR EL DESGASTE
- Mayor consumo de repuestos por aumento en las reparacionesy en el mantenimiento. - Reducción en la producción por paros de maquinaria. - Vida útil más corta de la maquinaria. - En motores de combustión interna da lugar a pérdida de potencia, mayor consumo de combustible, etc. - Posibilidad de accidentes ante el peligro de rotura de piezas al sobrepasar los límites permisibles de diseño. FORMAS DE REDUCIR EL DESGASTE - Utilizando los lubricantes más apropiados para la diferentes condiciones de operación. - Frecuencia de lubricación adecuada, con el fin de determinar los cambios de aceite y los reengrases correctos. - Buenos programas de mantenimiento preventivo, incluyendo principalmente la limpieza y/o el cambio de los filtros de aire y de aceite. - No sometiendo los equipos a condiciones diferentes a las de diseño. CONCEPTO DE LUBRICACION
Lubricación es interponer entre dos superficies, generalmente metálicas expuestas a fricción, una película fluida que las separe a pesar de la presión que se ejerza para juntarlas. La lubricación elimina el contacto directo de las superficies metálicas, impide su desgaste y reduce al mínimo el rozamiento que produce pérdida de potencia. IMPORTANCIA DE LA LUBRICACION Los costosísimos y complicados equipos industriales que requieren la industria moderna no podrían funcionar, ni siquiera unos minutos, sin el beneficio de una correcta lubricación. El costo de ésta resulta insignificante comparado con el valor de los equipos a los que brinda protección. La utilización del lubricante correcto en la forma y cantidad adecuada ofrece entre otros los siguientes beneficios. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Reduce el desgaste de las piezas en movimiento. Menor costo de mantenimiento de la máquina. Ahorro de energía. Facilita el movimiento. Reduce el ruido. Mantiene la producción.
FUNCIONES DE LOS LUBRICANTES Los lubricantes deben rebajar al máximo los rozamientos de los órganos móviles facilitando el movimiento, pero además deben reunir propiedades tales como: 1. Soportar grandes presiones sin que la película lubricante se rompa.
2. Actuar como refrigerante. 3. Facilitar la evacuación de impurezas. ELEMENTOS BASICOS QUE REQUIEREN LUBRICACION Por complicada que parezca una máquina, los elementos básicos que requieren lubricación son:
1. Cojinetes simples y antifricción, guías, levas, ect. 2. Engranajes rectos, helicoidales, sin fin, etc., que puedan estar descubiertos o cerrados. 3. Cilindros como los de los compresores, bombas y motores de combustión interna. 4. Cadenas, acoples flexibles y cables. 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: limítrofe, hidrodinámica, y mezclada. Para saber qué tipo de lubricación ocurre en cada caso, necesitamos saber la presión entre los componentes a ser lubricados, la velocidad relativa entre los componentes, la viscosidad del lubricante y otros factores. Desde hace relativamente poco tiempo se ha empezado a hablar de un cuarto tipo de lubricación: elasto-hidrodinámica, pero no la voy a mencionar ya que no aporta conceptos únicos y se usa solamente en aplicaciones de muy alta tecnología. La Lubricación Limítrofe ocurre a baja velocidad relativa entre los componentes y cuando no hay una capa completa de lubricante cubriendo las piezas. Durante lubricación limítrofe, 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 lubricante, la cantidad de lubricante presente, la presión, el esfuerzo impartido a las superficies, y la velocidad de movimiento. Todo esto afecta la lubricación limítrofe. La mayor cantidad del desgaste ocurre al prender el motor. Esto sucede por la baja lubricación limítrofe, ya que el aceite se ha "caído" de las piezas al fondo del cráter…produciendo contacto de metal-a-metal. Una vez que arrancó el motor, una nueva capa de lubricante es establecida con la ayuda de la bomba de aceite a medida que los componentes adquieren velocidad de operación.
En algún momento de velocidad crítica la lubricación limítrofe desaparece y da 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 desgaste sería mínimo!
La propiedad que más afecta lubricación hidrodinámica es la viscosidad. La viscosidad debe ser lo suficientemente alta para brindar lubricación (limítrofe) 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 aceite a medida que es bombeada entre los metales (cojinetes) y las bancadas, 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 que cuanto más baja la viscosidad, menos energía se desperdicia bombeando el lubricante. Por ejemplo, los locos que corren los "Dragsters" de NHRA y IHRA en el cuarto de milla en los Estados Unidos (USA) le ponen aceite del "SAE 0" ó "SAE 5", pues reduce la fricción interior del motor, dándoles máxima potencia (pero alto desgaste, ya que la viscosidad es demasido baja). Ellos quieren la mayor cantidad de HP, y no les importa si hay desgaste, ya que desarman el motor después de cada carrera. La Lubricación Mezclada es exactamente eso: una mezcla inestable de lubricación limítrofe e hidrodinámica. Por ejemplo, cuando enciendes el motor (o cuando arranca un componente, si es otro equipo), la velocidad de los componentes aumenta velozmente y por una pequeña fracción de segundo se produce lubricación mezclada. 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 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 mezclada, que producirá más desgaste.
Por ejemplo, mucha gente anda en un cambio (velocidad) más alto que el que deben usar, cosa que causa pocas vueltas de motor, y tal vez menor consumo, pero aumenta el desgaste tremendamente. ¿Cómo es eso? Supongamos que un motor viene en 3ra a 3.000 rpm, o en 4ta a 2.000 rpm y que el vehículo se acerca a una pendiente o cuesta…el conductor decide dejarlo en 4ta para subir…el motor empieza a trabajar más duro (mayor esfuerzo) para subir…la temperatura interior y el esfuerzo interno del motor aumenta, pero las revoluciones (que se reflejan en el tacómetro) del motor no…el aceite se calienta, la fricción aumenta (fíjense en la cantidad de aceite en medio del carril en la ruta en el lado de la subida de una pendiente... y verán, pero NO en el lado de la bajada)…¿por qué?, porque el motor levanta presión, temperatura y fricción en la subida, y no en la bajada. Al aumentar el esfuerzo, sería lógico aumentar la cantidad de aceite que pasa por cada superficie bajo fricción, pero al dejar el motor en 4ta, las revoluciones siguen siendo 2.000, como en la recta antes de la subida, por más que el esfuerzo del motor es mucho mayor en la subida y para mantener buena lubricación se necesitarían más revoluciones en el motor…¿qué se debería de hacer...bajarle un cambio o velocidad!. Se debe aumentar las revoluciones para que la bomba de aceite pueda mandar más lubricante sobre los componentes bajo mayor fricción! Es más o menos así: · Si dejas la lubricación constante (al dejarlo en pocas revoluciones) pero aumentas el esfuerzo del motor, aumentarás el desgaste. · Si aumentas el esfuerzo, entonces aumenta las revoluciones del motor (bajándole un cambio de la caja de velocidades) para aumentar la lubricación, ya que al levantar vueltas, aceleras 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, si no, no duraría mucho.
No voy a hacer distinciones entre los diferentes tipos de baleros, ya que una vez que el aceite llega a la condición de lubricación hidrodinámica se convierte en el tercer elemento físico del balero, agarrado "en sandwich" entre las superficies, impartiendo sus características a la ecuación de fricción de deslice y fricción rotatoria; de hacerlo dificultaría entender las cosas aún más… Lubricación Elasto-hidrodinámica
A medida que la presión o la carga se incrementan, la viscosidad del aceite también aumenta. Cuando el lubricante converge hacia la zona de contacto, las dos superficies se deforman elásticamente debido a la presión del lubricante. En la zona de contacto, la presión hidrodinámica desarrollada en el lubricante causa un incremento adicional en la viscosidad que es suficiente para separar las superficies en el borde de ataque del área de contacto. Debido a esta alta viscosidad y al corto tiempo requerido para que el lubricante atraviese la zona de contacto, hacen que el aceite no pueda escapar, y las superficies permanecerán separadas. La carga tiene un pequeño efecto en el espesor de la capa, debido a que a estas presiones, la capa de aceite es más rígida que las superficies metálicas. Por lo tanto, el efecto principal de un incremento en la carga es deformar las superficies metálicas e incrementar el área de contacto, antes que disminuir el espesor de la capa de lubricante.
FACTORES QUE AFECTAN LA LUBRICACION El desempeño de un lubricante se ve afectado por varios factores. Los principales en términos generales son: 1. Factores de operación: Entre los factores de operación principales que afectan la lubricación tenemos: a. b. c. d.
La carga. La temperatura. La velocidad. Posibles contaminantes.
2. Factores de diseño: Entre los factores de diseño se pueden considerar entre otros: a. b. c. d.
Materiales empleados en los elementos. Textura y acabado de las superficies. Construcción de la máquina. Métodos de aplicación del lubricante.
TIPOS O SISTEMAS DE LUBRICACION a. Manual. b. Centralizada o automática. TIPOS DE LUBRICANTES De acuerdo a su estado los lubricantes se pueden clasificar así: 1. 2. 3. 4.
Gaseoso (aire) Líquidos (aceite) Semi-sólidos (grasas) Sólidos, Por ejemplo: (Bisulfuro de molibdeno, grafito, talco)
Se destacan por su mayor utilización en la industria los aceites y las grasas. SEGÚN SU NATURALEZA LOS LUBRICANTES SE CLASIFICAN: 1.
VEGETALES:
Extraídos de las plantas y frutos, poco usados en la lubricación industrial pues comparados con los lubricantes minerales quedan en gran desventaja en lo que respecta al poder lubricante. Se les da mayor utilización en los alimentos. Podemos citar entre otros: Los aceites de oliva, soya, maíz, coco, algodón, higuerilla, etc. 2.
ANIMALES:
Son extraídos de la lana, de los huesos y tejidos adíposo de los animales terrestres y marinos. También son poco usados en la lubricación industrial, se les utiliza en procesos industriales. Por ejemplo, en la fabricación de jabones. Entre los más conocidos citaremos: La lanolina, la manteca de cerdo, el aceite de ballena, etc. 3. MINERALES: Los lubricantes minerales por sus características son los más utilizados en la industria. Se pueden clasificar así: a. Los derivados de los hidrocarburos, del petróleo, del carbón de piedra. b. Los lubricantes sólidos como; el bisulfuro de molibdeno, el grafito, el tungsteno, el talco y otros. ELABORACION DE LUBRICANTES A PARTIR DE CRUDOS DE PETROLEO La palabra petróleo está formada por “Petra” piedra y “Oleum” aceite, esto es aceite de piedra y lo componen en su mayor porcentaje hidrocarburos, contienen además, en pequeños porcentajes oxígeno, nitrógeno, azufre, etc.
Se encuentra una gran variedad de petróleos crudos y se puede decir que no existen en el mundo dos pozos que contengan petróleo crudo de igual composición química, pero en forma general se han agrupado según la base predominante, esto es: Base parafínica Base nafténica o asfáltica Base mixta (parafínica- nafténica)
Estructura Básica de los Lubricantes La mayoría de los lubricantes son derivados de hidratos de carbono (hidrocarburos). 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 lubricantes puede ser derivada de grasas y aceites animales, vegetales o aceites crudas (petróleo). Como verán, no he listado los lubricantes sintéticos por separado, ya que los lubricantes sintéticos son basados en las mismas materias primas. Increíble, no? Sigan leyendo… 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 una especie de destilación de elementos componentes de la materia prima que son evaporados a distintas
temperaturas y condensados en distintos receptáculos. A este lubricante básico se le agregan aditivos antioxidantes y anticorrosivos. Estos aditivos son absolutamente necesarios en todos los lubricantes base o básicos para brindar 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. La oxidación es muy común entre los aceites, y es fácilmente reconocida, por ejemplo, en la cocina de casa (la manteca y otras cosas que contienen aceite y se ponen rancias). Todos los lubricantes base eventualmente se oxidan y se degradan. Esto es lo que hace que la grasa vieja se oscurezca y se endurezca. 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 a cada lubricante sus características. Lo que es interesante saber es que la materia prima afecta la calidad final tanto como cada uno de los aditivos que integran la mezcla. Una materia prima de baja calidad va a pasar los requerimientos legales para la venta, pero se va a degradar 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”. ACEITES LUBRICANTES En la actualidad los aceites se derivan del petróleo. El petróleo crudo es esencialmente una mezcla de gasolina, kerosene, aceite combustible y diesel, fracciones lubricantes, asfalto y gas natural disuelto. Estos productos a su vez son mezclas a menudo de miles de compuestos diferentes, cada uno de los cuales hierve a una temperatura definida. Para aplicaciones en las cuales las condiciones son extremadamente severas, los aceites de petróleo se refuerzan a menudo con la adición de ciertos agentes especiales (aditivos). La elección del lubricante adecuado es de suma importancia puesto que se tienen numerosos puntos para considerar en vista del servicio que se deba prestar.
Si tomamos como referencia lo concerniente al coeficiente de fricción debe observarse: 1. La viscosidad y hasta cierto punto que de sus propiedades depende la facultad de un aceite para quedar entre dos superficies en movimiento. 2. Con el aumento de temperatura se reduce la viscosidad y viceversa. 3. Con una película completa de espesor constante crece la fricción líquida a medida que aumenta la velocidad del movimiento. Para elegir en cada caso el lubricante adecuado se dispone de aceites de petróleo que varían en viscosidad, punto de ebullición, estabilidad química y otras características ya que todo lubricante debe: 1. 2. 3. 4.
Humedecer las superficies que necesitan lubricación. Poseer la viscosidad adecuada. No evaporarse excesivamente en el servicio. No ser perjudicial a las sustancias con las que se pone en contacto y no tener tendencia a formar goma, barniz, sedimento y otros materiales que puedan estorbar su acción propia. 5. Poseer tal estabilidad contra las alteraciones químicas, que ninguna de las propiedades mencionadas se haga insuficiente en el servicio. El aceite lubricante o simplemente “aceite” es una compleja mezcla de hidrocarburos que representa una de las clasificaciones más importantes de productos derivados de la refinación del petróleo crudo, encontrándose una gran variedad tanto de tipos como de grados. Una de las propiedades más importantes y toda la historia de la lubricación gira alrededor de ella, es la viscosidad. LA VISCOSIDAD de un fluido es su resistencia a fluir libremente. Fluidos
espesos como la melaza tienen alta viscosidad porque no fluyen con rapidez. Fluidos delgados como el agua, fluyen rápidamente y tienen bajas viscosidades.
LA VISCOSIDAD La viscosidad es la resistencia que opone el aceite a fluir libremente. La viscosidad es una de las propiedades más importantes de un aceite lubricante. Es uno de los factores responsables de la formación de la capa de lubricación, bajo distintas condiciones de espesor de esta capa. La viscosidad afecta la generación de calor en rodamientos, cilindros y engranajes debido a la fricción interna del aceite. Esto afecta las propiedades sellantes del aceite y la velocidad de su consumo. Determina la facilidad con la que las máquinas se pueden poner en funcionamiento a varias temperaturas, especialmente a las bajas. La operación satisfactoria de una dada pieza de un equipo depende fundamentalmente del uso de un aceite con la viscosidad adecuada a las condiciones de operación esperadas.
VISCOSIDAD DINAMICA
El concepto básico de la viscosidad se muestra en la figura, donde una placa se mueve a una velocidad constante V sobre una capa de aceite. El aceite se adhiere a ambas caras de las placas, la móvil y la estacionaria. El aceite en contacto con la cara de la placa móvil viaja a la misma velocidad que ésta, mientras que el aceite en contacto con la placa estacionaria tiene velocidad nula. Entre ambas placas, se puede visualizar al aceite como si estuviera compuesto por muchas capas, cada una de ellas siendo arrastrada por la superior a una fracción de la velocidad V, proporcional a su distancia de la placa estacionaria. Una fuerza F debe ser aplicada a la placa móvil para vencer a la fricción entre las capas fluidas. Dado que esta fricción esta relacionada con la viscosidad, la fuerza necesaria para mover la placa es proporcional a la viscosidad. La viscosidad se puede determinar midiendo la fuerza necesaria para vencer la resistencia a la fricción del fluido en una capa de dimensiones conocidas. La viscosidad determinada de esta manera se llama dinámica o absoluta. La viscosidad dinámica normalmente se expresa en poise (P) o centipoise (cP, donde 1 cP = 0,01 P), o en unidades del Sistema Internacional como pascalessegundo (Pa-s, donde 1 Pa-s = 10 P). La viscosidad dinámica, la cual es función sólo de la fricción interna del fluido, es la cantidad usada más frecuentemente en el diseño de cojinetes y el cálculo de flujo de aceites. VISCOSIDAD CINEMATICA Debido a que es más conveniente medir la viscosidad de manera tal que tenga en cuenta la densidad del aceite, para caracterizar a los lubricantes normalmente se utiliza la viscosidad cinemática.
La viscosidad cinemática de un fluido es su viscosidad dinámica dividida por su densidad, ambos medidos a la misma temperatura, y expresada en unidades consistentes. Las unidades más comunes que se utilizan para expresar la viscosidad cinemática son: stokes (St) o centistokes (cSt, donde 1 cSt = 0,01 St), o en unidades del SI como milímetros cuadrados por segundo (mm2/s, donde 1 mm2/s = 1 cSt). La viscosidad dinámica en centipoise se puede convertir en viscosidad cinemática en centistokes dividiéndola por la densidad del fluido en gramos por centímetro cúbico (g/cm3) a la misma temperatura. La viscosidad cinemática en milímetros cuadrados por segundo se puede convertir en viscosidad dinámica en pascal-segundos multiplicando por la densidad en gramos por centímetro cúbico y dividiendo el resultado por 1000. MEDICION DE LA VISCOSIDAD Los procedimientos y el equipo para medir la viscosidad son numerosos. Algunos emplean los principios fundamentales de la mecánica de fluidos para tener la viscosidad en sus unidades básicas. Viscómetro de tambor giratorio
VISCO ELITE
Modelo
Gama de viscosidade
Velocidades fixas
Visco Elite L
15 – 2.000.000 cP
0.3 – 200
Visco Elite R
100 – 13.000.000 cP
0.3 – 200
Visco Elite H
2 – 1.060.000 Poise
0.3 – 200
Se hace girar el tambor exterior a una velocidad angular constante, mientras que el tambor interior se mantiene estacionario, el fluido que esta en contacto con el tambor giratorio tiene una velocidad lineal, conocida, mientras que el fluido que está en contacto con el tambor interior tiene una velocidad cero. µ = τ/(∆υ/∆y)
Viscómetro de tubo capilar
Lo constituyen dos recipientes conectados por un tubo largo de diámetro pequeño. (p1 – p2) D2
µ = 32 v L
Viscómetro estándar calibrados capilares de vidrio
Utilizados para medir la viscosidad cinemática de líquidos transparentes y opacos.
Viscosímetro capilar
Viscosímetros capilares automáticos y semiautomáticos
ViscoClock
Equipos de medida de la viscosidad capilar automáticos y semiautomáticos que facilitan este trabajo y con los que se obtienen valores de medida precisos y reproducibles. El ViscoClock es un medidor automático del tiempo de caída. Es una alternativa al cronómetro que le ahorrará tiempo y dinero y con la que eliminará el error humano en el cronometraje.
Viscómetro de caída de bola
VISCO BALL
BOLA nº 1 2 3 4 5 6
Gama medida ( mPa s) 0.6 a 10 7 a 130 30 a 700 200 a 4.800 1.500 a 45.000 > 7.500
Este funciona haciendo que una bola esférica caiga libremente a través del fluido y midiendo el tiempo requerido para que ésta recorra una distancia conocida. (ys – yf) D2 µ = 18v GRADOS DE VISCOSIDAD SAE La Sociedad de Ingenieros automotrices (SAE) ha desarrollado un sistema de valoración en aceites para motor y lubricantes de engranajes y de ejes que indica la viscosidad de los aceites a temperaturas específicas. Los aceites que tienen el sufijo W deben tener viscosidades cinemáticas en los intervalos indicados a 100º C. Los aceites de multiviscosidad, como el SAE 10W – 30, deben cumplir con las normas en las condiciones de baja y de alta temperaturas.
La especificación de valores de viscosidad máxima a baja temperatura para aceites está relacionada con la capacidad del aceite para fluir hacia las superficies que necesitan lubricación, a las velocidades de motor que se alcanzan durante el inicio del funcionamiento a bajas temperaturas. La viscosidad de bombeo indica la capacidad del aceite para fluir hacia la entrada de la bomba de aceite de un motor. Las especificaciones del intervalo de viscosidades a altas temperaturas se relacionan con la capacidad del aceite de proporcionar una película de aceite satisfactoria para llevar las cargas esperadas mientras no se tenga una viscosidad excesivamente alta que pudiera aumentar la fricción y las pérdidas de energía generadas por las partes en movimiento.
Alta temperatura Baja temperatura- Viscosidad dinámica Grado de viscosidad SAE 0W 5W 10W 15W 20W 25W 20 30 40 50 60
Condición de manivela* (cP) Máx. a (ºC) 3250 a -30 3500 a -25 3500 a -20 3500 a -15 4500 a -10 6000 a -5 -. -
Viscosidad Condición de cinemática + bombeo# a 100ºC (cSt) (cP) Máx. a (ºC) Min. Máx. 30000 a - 35 3.8 30000 a -30 3.8 30000 a -25 4.1 30000 a- 20 5.6 30000 a- 15 5.6 30000 a- 10 9.3 5.6 <9.3 9.3 <12.5 12.5 <16.3 16.3 <21.9 21.9 <26.1
Grado de viscosidad SAE 70W 75W 80W 85W 90 140 250
Temperatura máxima para viscosidad dinámica de 15000 cP* (ºC) -55 -40 -26 -12 -
Viscosidad cinemática a 100 ºC (cSt)* Mín. 4.1 4.1 7.0 11.0 13.5 24.0 41.0
Máx. <24.0 <41.0 -
GRADOS DE VISCOSIDAD ISO Los lubricantes que se utilizan en aplicaciones industriales deben estar disponibles en un amplio intervalo de viscosidades, para cumplir con las necesidades de maquinaria de producción, cojinetes, accionadores de engranajes, máquinas eléctricas, ventiladores y sopladores, sistemas de potencia de fluido, equipo móvil y muchos otros dispositivos. Los diseñadores de tales sistemas deben asegurarse de que el lubricante puede soportar la temperatura a las que se le va a someter mientras desarrollan una capacidad suficiente de traslado de peso. Por consiguiente se tiene necesidad de una amplia variedad de viscosidades. Para cumplir con tales requerimientos y seguir teniendo un cierto número de opiniones manejables y económicas, la Norma ASTM D2422, clasificación estándar de lubricantes fluidos industriales por sistema de viscosidad, define un conjunto de 18 grados de viscosidad ISO. La designación estándar incluye el prefijo ISO VG seguido por un número que representa la viscosidad nominal en cSt (mm2 /s) para una temperatura de 40ºC.
Grado ISO VG 2 3 5 7 10 15 22 32 46 68 100 150 220 320 460 680 1000 1500
Viscosidad cinemática a 40ºC (cSt) o (mm2/s) _________________________________________ Nominal Mínimo Máximo 2.2 1.98 2.40 3.2 2.88 3.52 4.6 4.14 5.06 6.8 6.12 7.48 10 9.00 11.0 15 13.5 16.5 22 19.8 24.2 32 28.8 35.2 46 41.4 50.6 68 61.2 74.8 100 90.0 110 150 135 165 220 198 242 320 288 352 460 414 506 680 612 748 1000 900 1100 1500 1350 1650
VISCOSIMETROS: Para medir la viscosidad utilizamos los viscosímetros.
A. VISCOSIMETRO Saybolt: S.S.U.
Nos da el tiempo en segundos en que tarda en pasar una muestra de 60 cm3 de aceite a través de un orificio estándar y a una temperatura determinada la cual puede ser 100ºF, 130ºF, 210ºF, (38ºC,54ºC,100ºC). A las unidades obtenidas con este viscosímetro se les denomina segundos. Saybolt universal (S.S.U). Empleado en los E.E.U.U. Por ejemplo: El aceite hidráulico NUTO 32 de la ESSO, tiene una viscosidad de 147 S.U a 100ºF y una viscosidad de 43 S.S.U a 210ºF. Entre mayor sea el S.S.U mayor será su viscosidad. B. VISCOSIMETRO Engler: ( grados Engler ºE) Usado en Europa, excepto Inglaterra. Es la relación que resulta de dividir el tiempo de derrame de 200 cm3 de aceite a la temperatura que se desee comprobar la viscosidad y el de igual cantidad de agua a 20ºC (50 a 52 seg) también las temperaturas de 50ºC y 100ºC.
C. VISCOSIMETRO Redwood: (segundo Redwood) Utilizado en Inglaterra y corresponde al tiempo de derrame de 50 cm3 de aceite. La referencia de temperatura del aceite es de 100ºF, 130ºF y 210ºF.
CARACTERISTIAS DE LOS LUBRICANTES 1. VISCOSIDAD: La característica más importante de los aceites.
2. INDICE DE VISCOSIDAD: I.V. E índice de viscosidad es el valor que indica la variación de la viscosidad de un aceite frente a la acción de la temperatura. Para hallar el índice de viscosidad se compara la variación de viscosidad que ha sufrido un aceite a dos temperaturas distintas y fijas, casi siempre 100ºF (38ºC) y 210ºF (99ºC) Se ha establecido una escala convencional que va de 0 a 100, donde los aceites que tiendan a 0 representan los de mayor variación y son poco estables y los cercanos a 100 son los más estables. Se han logrado por medio de aditivos, índices de viscosidad superiores a 100 y se consideran estos aceites como inafectables por la temperatura. Para uso automotriz se deben utilizar I.V. superiores a 85. 3. UNTUOSIDAD: Se entiende por untuosidad la adherencia del aceite a las superficies a lubricar. Es una propiedad de acción física, la cual, aunque siempre es de interés, tiene su máximo exponente en la lubricación de motores de vehículos y de cojinetes sometidos a frecuentes paradas y arrancadas.
4. DENSIDAD: (Gravedad específica) Densidad es la relación existente entre el peso de un volumen determinado de una sustancia y el del agua destilada a 4ºC. En los aceites lubricantes esta relación es menor a la unidad (0,855 a 0,934), lo cual nos indica que son menos pesados que el agua, razón por la que flotan en ella. La densidad de los aceites se da a la temperatura de 15,5ºC. 5. PUNTOS DE FLUIDEAZ Y CONGELACION: El punto de fluidez es aquella constante que indica cuál es la mínima temperatura a la que fluye el aceite por los circuitos de lubricación, es decir el aceite a bajas temperaturas se va volviendo más viscoso, hasta que llega el momento en que deja de fluir. Esta característica se debe tener en cuenta principalmente en aceites que van a lubricar mecanismos que trabajan a bajas temperaturas, por ejemplo máquinas frigoríficas. Si se continúa enfriando el aceite, casi inmediatamente se produce la congelación total, punto éste que se conoce como congelación. 6. PUNTO DE INFLAMACION Y COMBUSTION: El punto de inflamación de un aceite lo determina la temperatura mínima a la cual los vapores desprendidos por un aceite se inflaman en presencia de una llama o chispa que va saltando casi de un modo continuo. El punto de inflamación tiene una importancia vital en aquellos mecanismos donde el aceite trabaja a elevadas temperaturas; por ejemplo, motores de combustión interna en los que se requieren puntos de inflamación superiores a 215ºC. En cambio para lugares donde la temperatura sea la ambiental o ligeramente superior, esta característica no tiene interés alguno, ya que todos los aceites superan en mucho a dicha temperatura. Si se prosigue calentando el aceite al llegar a una temperatura de 20º o 30ºC superior al punto de inflamación, los vapores desprendidos ya no arden momentáneamente, sino de un modo continuado; este fenómeno se conoce con el nombre de punto de combustión.
7. ACIDEZ: Es el porcentaje de ácidos libres que un aceite contiene. Dichos ácidos siempre son perjudiciales tanto para el lubricante como para los metales con los que están en contacto. No es aceptable un aceite que arroje un porcentaje de acidez superior al 0,25%. Una de las formas de definir la acidez o alcalinidad de una materia es por la escala PH que va numerada desde 0 hasta 14, 14; en esta escala hay un punto intermedio de 7,07 que corresponde al agua destilada, o sea, el neutro. De este punto neutro hacia abajo se encuentran los ácidos a menor numero de pH, más concentración ácida y los pH superiores indican los alcalinos, a mayor número de pH, más elevada concentración alcalina. Materias con un pH de 0,5 o 1 son los ácidos enérgicos como el sulfúrico, nítrico, clorhídrico, fosfórico, fluorhídrico. Materias con un pH de 13,5 o 14 son soluciones alcalinas del estilo de la sosa o potasa cáustica. 8. INDICE DE ACIDEZ: Entiéndese por número o índice de acidez el número de miligramos de potasa cáustica (K 0H) necesarios para neutralizar la acidez libre de un gramo de grasa o aceite. 9. PORCENTAJE EN CENIZAS: Las impurezas (ceniza y azufre) siempre son indeseables en los aceites. En la mayor parte de los casos, proceden de los alcalis utilizados en la refinación y que no han sido después completamente eliminados, o bien provienen de desprendimiento de impurezas o costras de los conductos por los que atraviesa durante todo el ciclo. Los aceites con porcentajes de cenizas superiores a un 0,02% no son recomendables para lugares finamente ajustados y revolucionados.
10. RESIDUO CARBONOSO El residuo carbonoso es la tendencia a la formación de carbón en los aceites que han de trabajar n lugares que, por su alta temperatura se queman. Los porcentajes de carbón admisibles en los aceites lubricantes son de 0.1 hasta 0.9%. TIPOS DE ACEITE Los aceites lubricantes derivados del petróleo están clasificados en una variedad muy amplia, de acuerdo con el servicio al que se han de aplicar. Algunos de ellos, se destinan virtualmente a usos especiales, mientras que otros pueden emplearse con éxito en una variedad tan extensa de maquinaria, que se convierten en productos de aplicación múltiple. Nos interesa conocer básicamente lo relativo a las clasificaciones siguientes. • • • • • • •
Aceites para sistemas de circulación. Aceites para engranajes. Aceites para maquinaria o para motores. Aceites para husillos. Aceites para refrigeración. Aceites para cilindros de máquinas a vapor. Aceites circulatorios
Probablemente son estos los lubricantes de más alta calidad que se pueden obtener en la actualidad. • • • • •
Aceites para lubricación de turbinas de vapor. Aceites para usos hidráulicos. Aceites para sistemas circulatorios en trenes de laminación. Aceites para sistemas circulatorios para maquinaria papelera. Aceites para servicio pesado, motores de combustión interna.
ELECCION DE UN ACEITE LUBRICANTE EN CUANTO A LA VISCOSIDAD Los factores que afectan fundamentalmente la lubricación con un aceite en cuanto a su viscosidad son: 1. VELOCIDAD: La velocidad tiende a producir la cuña de aceite que protege los mecanismos, es decir siempre que la velocidad sea ELEVADA hay una mejor facilidad para formarse la cuña de aceite y por lo tanto usamos un aceite ligero (de baja viscosidad). Además existe un menor fricción fluida (la que se forma entre películas) y una menor pérdida de potencia. Por el contrario, cuando la velocidad es baja, la deficiencia en la formación de la cuña de aceite debe ser suplida mediante un aceite más viscoso, es decir que presente dificultad para romperse la película de aceite. 2. CARGA O PRESION: Cuando existe una carga pesada, esta tiende a unir las dos superficies en movimiento. Una mayor viscosidad del lubricante soportará mejor la acción de esa carga pesada. Por el contrario si se trata de un cojinete pequeño, que lleva una carga muy pequeña, será indispensable un aceite de baja viscosidad, para permitir el libre movimiento de las partes y menor pérdida de potencia por fricción fluida. 3. TEMPERATURA: La temperatura influye directamente modificando la viscosidad de los aceites. Todo lubricante al ser calentado sufre una disminución de viscosidad, el enfriamiento produce el efecto contrario. Al seleccionar un lubricante deberá tenerse en cuenta la temperatura ambiente o de operación; si el ambiente es caliente, se deberá emplear un aceite muy viscoso. Inversamente, si se va a trabajar en ambientes fríos deberá lubricarse con aceites de baja viscosidad.
GRASAS LUBRICANTES Las grasas lubricantes son aceites minerales espesados con jabones. El jabón actúa como base o soporte del aceite. Tanto las propiedades de la base como del aceite lubricante, así como las proporciones de cada uno de estos componentes, proporcionan las características físico-químicas que son las que determinan el uso y aplicaciones de cada tipo. CARACTERISTICAS DE LAS GRASAS Las principales características de las grasas son: 1. CONSISTENCIA: Es el grado de dureza o resistencia a la penetración. Generalmente depende de los elementos que la componen, de la cantidad, y del proceso de elaboración. La consistencia se mide con el Penetrómetro. El ensayo se reduce a dejar el Penetrómetro sobre la superficie de la grasa, sin más fuerza que la de su propio peso y durante 25 seg. Se observa en la carátula lo que ha penetrado en décimas de milímetro. Esta prueba se realiza a una temperatura estándar de 25ºC. El peso del Penetrómetro es de 150 gramos de peso. La A.S.T.M (American Society Testing Materials) Sociedad Americana para prueba de Materiales, y la NLGI (National Lubricating Grease Institute) Instituto Nacional de Grasas, determinan la penetración en el siguiente cuadro:
2. ESTABILIDAD: La estabilidad de una grasa es la constante que determina el comportamiento del producto en lo referente a la separación del jabón y del aceite ante las duras agresiones de temperatura, velocidad y presión, que deben soportar durante su trabajo o bien durante el almacenamiento prolongado. El fenómeno de no estabilidad se aprecia por la formación de una capa superficial de aceite líquido sobre la masa total de la grasa. Son poco estables las grasas a base de calcio. 3. REVERSIBILIDAD: Se entiende por reversibilidad en una grasa la propiedad de recuperar su estructura primitiva una vez separados el aceite y el jabón por acción de su elevada temperatura y velocidad. Es casi una propiedad imprescindible en las grasas destinadas a la lubricación de rodamientos.
4. PUNTO DE FUSION Y DE GOTA: Es la temperatura en la cual una grasa deja de compenetrarse como tal y se transforma en un aceite y un jabón ambos por separado. Si se prosigue calentando la fluodificación se irá incrementando hasta que se desprenda una gota. 5. ADHERENCIA O PEGAJOSIDAD: La adherencia o pegajosidad de una grasa la determina casi exclusivamente la clase de jabón empleado. Las grasas fibras presentan mayor adherencia que las mantequillosas. Esta propiedad es importante cuando se trata de engrasar sistemas muy revolucionados (giratorios). OTRAS GRASAS También existen otras clases de grasas que no son las de aceites minerales espesados con jabones. Citaremos entre ellas: A. Grasas fabricadas con lubricantes sintéticos espesados con jabones, o aceites de siliconas B. Grasas fabricadas con lubricantes espesados, no con jabones sino con arcillas coloidales (Bentone). C. Grasas fabricadas con bisulfuro de molibdeno, grafito, etc. El empleo de las grasas a base de siliconas va extendiéndose rápidamente a pesar de su menor capacidad lubricante con respecto a las de aceites minerales y de su precio muchísimo más elevado, por su perfecto comportamiento ante la temperatura, la cual no le afecta hasta pasados los 200ºC. Además, una de las propiedades más interesantes de este tipo de grasas es la gran diferencia en pérdida de peso con las normales ante un mismo ataque térmico.
En las grasas de muy buena calidad elaboradas a base de aceites minerales, la pérdida de peso experimentado al exponerlas a una temperatura de 65ºC durante cuarenta horas, es de un 35 a un 40% mientras que la misma experiencia realizada con las de siliconas da un valor oscilante alrededor del 4%. SELECCIÓN DE LUBRICANTES ACEITE CONTRA GRASAS:
El uso de uno u otro dependerá más o menos, del diseño del cojinete, de las condiciones de trabajo y del tipo de máquina que se va a lubricar. VENTAJAS DE LAS GRASAS
1. La frecuencia de lubricación es usualmente menor cuando se usa grasa que cuando se usa aceite. Esto hace a la grasa ideal para puntos de lubricación de difícil acceso. 2. La grasa es menos propensa a derramarse del alojamiento de un cojinete, por su naturaleza plástica, especialmente en lugares poco cubiertos. 3. Usualmente se necesita menos grasa para la buena lubricación de un cojinete que la que se necesitaría en el caso de usarse aceite. 4. La grasa actúa como un sello contra el polvo, la suciedad y el agua. VENTAJAS DE LOS ACEITES:
1. El aceite se adapta más a todas las partes de una máquina, como cojinetes engranajes y correderas. 2. El aceite es más fácil de manipular en el vaciado y llenado de cárteres o depósitos cerrados. Por ejemplo: Caja de velocidades. 3. Es más fácil controlar la cantidad correcta de lubricante en un cojinete cuando se utiliza aceite. 4. El aceite es más adecuado para una escala amplia de temperatura y condiciones de operación. Si debido a las altas temperaturas de operación se requiere el enfriamiento del aceite podemos usar un sistema circulatorio de aceite, o serpentines de enfriamiento. 5. Los aceites ofrecen una escala más amplia de viscosidad a elegir para un campo más amplio de velocidades y cargas a soportar que con las grasas.
6. Es posible un campo más amplio de elección de métodos de aplicación con el aceite que con las grasas. En la siguiente grafica se indica la cantidad de aceite o grasa a suministrar cuando se trata de lubricar rodamientos. Cuando se utiliza aceite, el nivel del aceite debe llegar hasta la mitad del rodillo o bola mas baja. Si se utiliza grasa se aplica una cantidad aproximada de ¼ a 1/3 del volumen de la cavidad disponible.
LUBRICANTES SOLIDOS En muchas aplicaciones no se pueden utilizar grasas o aceites, ya sea por la dificultad de aplicarlos, por problemas de sellado o por condiciones ambientales desfavorables. Por lo tanto, ha sido necesario desarrollar una serie de lubricantes sólidos de baja fricción, tal como el Bisulfuro de Molibdeno (Mo S2), que previenen el desgaste y que mantienen una película más o menos permanente enlazada a las superficies metálicas. Son utilizados como lubricantes sólidos, entre otros, el Bisulfuro de Molibdeno, el grafito, bentonitas, el talco, greda (con base silicosa), óxido de Zinc (Zn O2) y otros. GRAFITO:
El grafito coloidal de horno elétrico, se ha venido utilizando por su gran untuosidad, para resolver problemas de lubricación que sin él se consideraban insalvables, tal como la lubricación seca a temperaturas extremas, separación de moldes, etc.
El grafito tiene gran dispersabilidad en un gran número de líquidos, una alta resistencia a la oxidación a elevadas temperaturas, es inatacable por ácidos y alcalinos y tiene idéntica polaridad en todas las partículas cargadas eléctricamente. Además no se dilata por el calor, es adhesivo a las superficies metálicas y es buen conductor del calor y de la electricidad. El grafito puede ser natural o artificial. Cuando se utilice el grafito en dispersiones debe tenerse en cuenta, hacerlo con un criterio autorizado o consultar a la casa suministradora para que ella instruya convenientemente, pues aquí, más que en cualquier otra modalidad de lubricación, los errores pueden ser muy perjudiciales, ya que el medio dispersante a utilizar varía considerablemente. Tales dispersores generalmente son el agua destilada, el aceite mineral, el aceite de recino, los lubricantes y resinas sintéticas, naftas, octano, eptano, etc., añadiéndoseles el grafito, en diferentes proporciones. BISULFURO DE MOLIBDENO:
El bisulfuro de molibdeno como lubricante se viene utilizando desde el año 1950, en el que se descubrió que reunía muchas de las cualidades del lubricante ideal. El bisulfuro de molibdeno es resistente al ataque de muchos ácidos, es atacado por el agua regia, ácido clorhídrico hirviente (CIH). No es magnético, es semiaislante. El lubricante seco solamente se utiliza con resultados satisfactorios cuando, por razones de extremas temperaturas, altas o bajas, no pueden mantenerse películas líquidas y en atmósferas polvorientas, donde las películas líquida no resultan convenientes, así como en mecanismos de altísima precisión cuyas piezas están montadas sin juego, o donde haya peligro de deterioro de películas líquidas que pudieran alterar movimientos en aparatos ultrasensibles. Sin embargo, sus mejores resultados, tanto técnicos como comerciales los da cuando trabaja disuelto por una serie de solventes específicos para cada clase de trabajo a desempeñar.
Estos productos los cuales se ha aditivado el bisulfuro de molibdeno generalmente son: Fluidos minerales, aceites sintéticos, siliconas, grasas, consistentes de litio, resinas sintéticas, disolventes orgánicos y resinas termoplásticas. Las condiciones y características que lo distinguen de los aceites lubricantes convencionales, son las siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Adherencia tenaz. Aumento de la capacidad de carga. Disminución del desgaste. Protección en el arranque en frío. Disminución de temperaturas operacionales. Absorción de impactos y vibraciones.
APLICACIONES DEL BISULFURO DE MOLIBDENO Entre las aplicaciones donde el bisulfuro de molibdeno se considera superior a cualquier otro lubricante, pueden citarse: 1. Cojinetes plásticos. 2. Ambientales polvorientos y abrasivos. 3. Estirado de alambres, perfiles y tubos en siderúrgica. 4. Uniones roscadas, válvulas y husillos en aparatos de oxígeno y nitrógeno líquido. 5. Como lubricante en el vacío. 6. Aditivo o grasa como solución de severos problemas de desgastes en partes vitales de aviones y ferrocarriles. 7. Ventiladores expuestos a altas temperaturas, empaquetaduras de asbesto de tubos, puestas de caldera, industrias cementeras en especial.
8. Montaje en general de trituradores de piedras, molinos, prensas, rodillos de tractores, chumaceras, engranajes, pernos, tuercas, sin- fines, pasadores, bombas, ejes, turbinas. 9. Industrias pesadas o livianas donde existan problemas de fuertes cargas, extrema temperatura, ambientes corrosivos y severos desgastes. 10. Cojinetes de laminadores. TABLA LUBRICANTES SOLIDOS
PRODUCTOS
CUALIDADES Y CARACTERISTICAS
ADAPTABILIDAD DEL SERVICIO DE LUBRICACION
BENTONITAS
Se producen por la reacción de hidrosilicato de magnesio aluminio o barro bentonítico con una sal amoniacal. Sus características son: Estabilidad a temperaturas altas, resistencia al agua; no se licúan.
Efectiva en combinación con grasa derivadas del petróleo. Se preparan mediante un proceso de gelatinización. No se emplea jabón. Es muy adecuada para servicio a temperaturas altas y contenido de agua excesivo.
GREDA (O arcilla de Betan)
Con base silicosa división fina.
Puede aplicarse seca o mezclada con agua, aceite ligero o grasa. Es efectiva para retardar la corrosión fricción. Resistente a altas temperaturas hasta de unos 700ºF.
GRAFITO
Extraído del coque o del carbón de antracita. Molido hasta obtener grafito coloidal utilizable en la lubricación. Su naturaleza escamosa en forma de laminillas agrupadas una sobre la otra, produce el efecto lubricante al deslizarse estas laminillas una sobre otras durante el movimiento.
BISULFURO DE MOLIBDENO
Estable en altas temperaturas. Tiene buena tenacidad superficial. Su coeficiente de fricción es bajo.
Puede emplearse seco o mezclado con aceite o grasa. Su inercia química lo capacita para trabajar en donde se requiere una alta estabilidad térmica. La temperatura máxima a la que se puede usar es aproximadamente 1.500ºF. Es efectivo para reducir la fricción en altas velocidades de deslizamiento. Puede ser mezclado con algún solvente para aplicarlo a las partes que han de ser lubricadas. Para los mejores resultados de un lubricante quimicamente activo de este tipo, las superficies del metal deben mantenerse limpias
MICA
Un mineral natural que es finamente pulverizado.
puede usarse igual que el talco, como material de pulimiento para obtener superficies de acabado fino en partes de máquinas. Algunas veces se agregan a ciertos lubricantes como material de relleno o para aumentar la viscosidad.
TALCO
Esteatita pulverizada
Se usa como material de pulimiento para el acabado de superficies en partes de máquinas.
OXIDO DE ZINC (ZnO2)
De color blanco. Partículas muy pequeñas de polvo no requiere molienda. Tiene un
Se emplea como un elemento componente en el aceite mineral que se usa
coeficiente de fricción baja.
en la lubricación de partes en donde se manejan productos expuestos a descomposición como son el manejo y manufactura de productos alimenticios y carnes.
ADITIVOS: Los lubricantes modernos contienen cada vez y más frecuentemente pequeñas cantidades de sustancias químicas llamadas aditivos, entre los cuales podemos mencionar: Aditivos para elevar el índice de viscosidad, aumentar la resistencia a la oxidación, dar propiedades detergentes, incrementar la resistencia de la película lubricante, dar productos de extrema presión, cambiar el color, bajar el punto de congelación etc. Son elaborados normalmente para llenar ciertos requerimientos de lubricación, en general son más caros que los aceites minerales puros y no se justifica su uso salvo que las condiciones de operación sean tales que requieran el uso de estos aditivos. IMPOTANTE:
Por ser los aditivos compuestos químicos pueden producir efectos adversos, que deben conocerlos quien los vaya a utilizar, su desconocimiento uede llegar a causar daños graves en los mecanismos o en el lubricante. Si se tiene en su uso conviene consultar el servicio técnico de la casa que distribuye los aditivos.
CLASES DE ADITIVOS:
Los aditivos pueden dividirse en dos grandes grupos, según los efectos que producen.
1. Inhibidores: Destinados a retardar la degradación del aceite, actuando como detergente, dispersante, antioxidantes y anticorrosivos. 2. Aditivos mejoradores: De las cualidades básicas físicas, con acción sobre el índice de viscosidad, el punto mínimo de fluidez, el poder antiespumante, la untuosidad, la extrema presión y la rigidez dieléctrica, aumento del punto de inflamación y reducción del pùnto de congelación entre otras. Lo anterior significa que para conseguir cada cualidad sea preciso adicionar el aditivo correspondiente, ya que en el mercado existen productos que pueden proporcionar varias ventajas simultáneamente. Nunca es recomendable adicionar a un mismo tiempo un aceite con varios aditivos, a no ser que la casa fabricante lo recomiende, evitándose además mezclar aditivos de diferentes casas fabricantes. EJEMPLOS DE ADITIVOS USADOS EN EL PETRÓLEO COMBUSTIBLE RESIDUAL: TIPO ADITIVO
COMPOSICIÓN QUÍMICA
MOTIVOS PARA USO
Inhibidor de corrosión.
Naftenatos metálicos.
Reduce corrosión y formación de depósitos.
Dispersante.
Naftenatos de alquil.
Para dispersar el lodo.
Agente superficial activo.
Jabones de amoniaco.
Suspende el agua en el aceite.
Agente anti-escorificador.
Oxidos metálicos.
Limpia paredes, hornos y turbinas.
Mejorador de combustión.
Acetilos metálicos.
Cataliza la combustión.
EJEMPLOS DE ADITIVOS USADOS EN LAS GRASAS LUBRICANTES TIPO ADITIVO
COMPOSICIÓN QUÍMICA
OBJETO
Agente espesador.
Jabones metálicos.
Retiene fluidos por absorción
Materiales de relleno.
Oxidos metálicos.
Aumenta volumen de la grasa
Inhibidor de oxidación.
Fenil-beta-naftilamino.
Impide la oxidación.
Desactivador metálico.
Mercaptobenzotiazolo.
Impide efectos catalíticos de metales.
Inhibidor de corrosión.
Sulfonato de amoniaco dionil naftaleno.
Suspende la corrosión.
Agente antidesgaste.
Bisulfuro de dibensilo.
Reduce desgaste.
Agente contra presiones extremas.
Caras clorinadas Naftenato de plomo.
Reduce fricción.
Mejorador de punto de goteo.
Jabones grasos.
Aumenta el punto de goteo.
Estabilizador.
Esteres de ácidos grasos.
Aumenta temperatura para el uso.
Agente espesador.
Polibutilenos.
Suministra adhesividad en superficies metálicas.
EJEMPLOS DE ADITIVOS USADOS EN ACEITES LUBRICANTES
TIPO ADITIVO
Mejorar índice de viscosidad.
COMPOSICIÓN QUÍMICA
Polímeros de metacrilatos.
OBJETO
Reduce actividad en el cambio de viscosidad con la temperatura.
Deprimento punto de fluidez.
Naftalena alquilatada.
Reduce el punto de fluidez del aceite.
Detergente dispersante.
Productos de alguil P2 S5 sulfonatos de metal, alquilpoliámido, fenolatos de aquil metálico.
Conserva los insolubles en suspensión, mantiene limpieza.
Inhibidor de oxidación.
Diaquilditiofosfato de Zinc.
Demora la oxidación en aceites.
Inhibidor de herrumbre.
Alquilaminos.
Impide herrumbre en metales ferrosos adhesión.
Inhibidor de corrosión.
Sulfonatos básicos de metales.
Impide ataque de materiales ácidos a metal.
Agente contra presiones extremas.
Olefinos sulfurados. Parafinas clorinadas.
Impide se adhieran las superficies metálicas.
Inhibidor de espuma.
Polimero de silixón.
Reduce tendencia a formar espuma.
Agente anti rayado y antidesgaste.
Sales metálicas de fosfato de aquil ácido.
Sumisnistra pulido químico y reduce desgaste.
APLICACIÓN DE LOS LUBRICANTES Daremos una idea de cómo se aplican los lubricantes en los diferentes órganos o partes de mecanismos que están en movimiento y cómo funciona cada método. Aplicaciones de los aceites a. Lubricación por goteo.
Consiste en un recipiente de forma de botella invertido, con su cuello roscado para mantenerlo encima de órgano que se va a lubricar. Un árbol metálico o émbolo alimenta el aceite del recipiente al eje que va a lubricar. Una precaución que se debe tener con este sistema es la de no llenar completamente la botella de aceite. Una botella llena no contiene aire que haga bajar el aceite. Como se ve en la figura, este sistema de lubricación se usa únicamente para soportes horizontales. Tampoco se usa para lubricar órganos expuestos a altas temperaturas y altas velocidades.
Este sistema es apto para órganos que necesitan poca lubricación y para transmisiones situadas en lo alto, de difícil alcance para la relubricación. b. Lubricación con mecha.
Este sistema de lubricación aplicación aplica el principio de la capilaridad de un material poroso tal como el cordón de tela o estopa. Funcionamiento: El aceite es absorbido por la mecha y ésta lo deposita en el órgano que se quiere lubricar. Un extremo de la mecha está sumergido en el aceite, que también se encuentra en un fracaso invertido, y la otra se pone en contacto con el órgano en movimiento, que va a lubricar. La cantidad de aceite se regula hallando el numero de mechas y variando la altura entre el nivel de aceite en el recipiente y el extremo opuesto de la mecha. Cuando el mecanismo a lubricar se para, el flujo de aceite también debe detenerse para prevenir excesiva lubricación y desperdicio de lubricante.
Para detener el flujo de aceite se saca el extremo superior de la mecha del aceite. Sin embargo el aceite seguirá fluyendo hasta que la mecha se seque. Es importante conocer el tipo de mecha adecuada. La mecha de estopa es mejor que la de algodón. c. Lubricación alimentada por goteo.
Un suministrador de lubricante de alimentación a la vista estándar para ser utilizado en aplicaciones en las que la bancada a ser aceitada está a
presión atmosférica. Nótese que el orificio para el llenado con aceite es una simple pieza de metal que se desliza hacia la abertura.
Un suministrador de lubricante de alimentación a la vista estándar para ser utilizado en aplicaciones en las que la bancada a ser aceitada está a presión atmosférica. Nótese que el orificio para el llenado con aceite es una simple pieza de metal que se desliza hacia la abertura.
Este sistema de lubricación es muy usado en todos los tipos de maquinaria para lubricar engranajes, ejes, cadenas, etc. En la lubricación por goteo el flujo se regula por medio de una válvula de aguja graduable. Una palanquita situada encima del recipiente permite poner en marcha la lubricación o detenerla. La porción transparente en la base de la aceitera permite un chequeo visual del flujo de aceite en el mecanismo a lubricar. El flujo debe chequearse después del servicio para estar seguro de que se mantiene el suministro adecuado. La lubricación por goteo tiene algunas desventajas: 1. La cantidad de aceite suministrado varía con el nivel de aceite y con la temperatura de éste en el recipiente.
2. La regulación de la válvula de aguja puede alterarse incluso obstruirse a causa de partículas extrañas. 3. La lubricación por goteo requiere considerable atención en el llenado y regulación del flujo de aceite.
El tornillo de regulación de suministro de aceite ha sido desenroscado, dejando al descubierto la parte superior del eje de la válvula de agujas principal y del resorte. El resorte mantiene la tensión sobre el eje de la válvula de agujas realizando un movimiento hacia abajo cuando el suministrador se apaga. También sirve para sostener al eje firmemente cuando el mismo es levantado de su asiento durante la operación. El ajuste del tornillo determina la abertura de la válvula de agujas y por lo tanto la cantidad de aceite que se puede escapar.
El tornillo de regulación de suministro de aceite y el eje se muestran en una posición de funcionamiento normal. La palanca de bronce en la parte superior está hacia arriba, como se ve, para levantar el eje y permitir el paso de aceite a través de la abertura de la válvula de agujas situada en la parte de abajo del depósito. Cuando la palanca se gira a
90 grados, el eje baja y la válvula cierra el paso de aceite. Se agrega un brazo a esta palanca entre los trinquetes que apuntan a la izquierda el cual se sostiene con un pasador de chaveta. Este tipo de palanca se usó en el Oldsmobile modelo Tablero Curvo y en el Reo monocilíndrico. Los distintos fabricantes utilizaron muchos tipos de palancas.
Aquí se muestran juntos los dos tipos diferentes de suministradores de lubricante de alimentación a la vista sin el tubo del depósito de vidrio. El tubo ecualizador se ve claramente en el suministrador de la izquierda.
La parte inferior de un suministrador de alimentación a la vista muestra el tapón que sostiene a la bola de la válvula de control en su lugar. Este tapón especial se atornilla en el lugar y permite cierta regulación con respecto a la cantidad de movimiento que la bola tiene en el interior del área de la válvula. Otro diseño utiliza un cable simple, colocado de forma transversal en la parte inferior, para evitar que la bola se caiga. En todos los casos la presión en el cárter “sopla” a la bola hacia arriba para sellar la abertura.
Cuando la presión cae, la bola cae, (abriendo el pasaje) permitiendo que el aceite corra. Nótese que la bola sella sólo cuando es empujada hacia arriba. Cuando la bola cae, el asiento de abajo tiene unos cortes en muescas para evitar que la bola impida el pasaje de aceite. El diseño de frenado con cable, por su configuración natural, no permite que la bola selle la salida.
Un vistazo de los componentes de la válvula de control del suministrador de lubricante de alimentación a la vista. La bola de acero, en este suministrador de un Oldsmobile monocilíndrico, tiene un diámetro de ¼”. La abertura, en la que se encuentra la bola, tiene un diámetro de 3/8”. La bola se puede mover hacia abajo y hacia arriba aproximadamente un cuarto de pulgada, lo cual significa que la abertura entre el asiento de la parte superior de la bola y el descanso en la base es de aprox. una pulgada y media. Bolas de diferentes diámetros requerirán más o menos espacio para el movimiento vertical. La cantidad exacta de movimiento no es un punto esencial. El “asiento” a rosca de la derecha tiene una ranura que lo atraviesa (no visible) para permitir el paso de aceite cuando la bola descansa contra él.
Ilustración de catálogo del corte de una válvula de control comercial. Es de un folleto de la Essex Lubricator Company (Compañía de Suministradores de Lubricante Essex) de 1922
La terminación “tubular” del suministrador de lubricante de alimentación a la vista con su ventana de vidrio para observar el ritmo del aceite que gotea Se muestra claramente una vista lateral del tapón a rosca de la parte inferior
La válvula de control de alimentación de aceite Maxwell, que se muestra desarmada, está situada en las cabezas de los cilindros
Cuerpo
Pasaje de aceite hacia la cámara de la válvula de control. Filetes de rosca en el tubo
La bola de verificación de ¼” de diámetro se puede mover hasta ¼”
Hacer un orificio de 3/16” e insertar una espiga Orificio perforado hasta aprox. 3/8”.
Cable para mantener la bola en la base. Típico el cable de 3/16”.
Un boceto para mostrar cómo se puede agregar una válvula de control a la parte inferior de un alimentador.
d. Lubricación por anillo.
Este sistema consiste en que uno o mas anillos giran alrededor del árbol a lubricar, de diámetro muy superior al eje, al tiempo que pasa por el deposito de aceite, situado debajo del árbol.
El árbol tiene en su periferia una ranura sobre la cual el anillo se aloja y gira. Como el anillo rota este arrastra el aceite del recipiente. El aceite se deposita en la parte alta del eje, repartiéndose por toda la superficie. USOS:
Se usa el sistema de anillos en ejes horizontales, como líneas de transmisión, motores eléctricos y generadores, pequeñas turbinas de vapor, máquina de vapor, en chumaceras de compresores de aire y en maquinas de refrigeración. VENTAJAS:
La ventaja particular de este sistema de lubricación es la de suministrar automáticamente una gran cantidad de aceite al árbol de rotación. Esto mientras halla suficiente lubricante en el deposito y mientras el anillo o anillos puedan girar libremente y distribuir el aceite al eje. El numero de anillos depende del tamaño del soporte. La lubricación por anillos, no se puede usar en ejes que van a alta velocidad, porque el anillo podría patinar y no arrastrar buena cantidad de aceite produciendo una mala lubricación. e. Lubricación por cadena.
Es una adaptación de la lubricación por anillo; en este caso se usa una cadena que reemplaza los anillos. La flexibilidad de la cadena le permite tener mayor superficie de contacto con el eje que va a lubricar. En consecuencia la cadena suministrada más cantidad de aceite a bajas velocidades. Recomendaciones: Periódicamente debe chequearse el nivel del aceite del cojinete donde están alojados los anillos o cadenas, para permitir que éstos se sumerjan adecuadamente en el aceite. El aceite del recipiente debe estar siempre limpio y libre de contaminaciones.
f. Lubricación por baño:
En la lubricación por baño el cojinete está girando en contacto con el eje en un baño de aceite. Este tipo de lubricación es muy económico y no requiere más atención que la inspección regular del correcto nivel de aceite y un periódico lavado y llenado de aceite. Precauciones: Cuando el cojinete contiene bolas o rodillos se debe tener en cuenta que la bola o el rodillo debe estar sumergido 1/3 o ½ de su altura en el aceite. Un nivel alto de aceite produce escapes y un aumento de temperatura en el cojinete. Si el nivel de aceite es inferior al normal, se produce como es natural, mala lubricación. g. Lubricación por salpicadura.
Las partes en movimiento en el recipiente y salpican el aceite contra el cojinete y las piezas que pasan por él, tales como tuberías por las cuales éste fluye por gravedad a las diferentes partes que requieren lubricación. precauciones: Aquí también se requiere un nivel de aceite cuidadoso mantenido. Un cambio periódico del aceite nos proporciona buena lubricación con un aceite limpio. El cambio del aceite depende de las condiciones de operación y localización del equipo. El aceite debe cambiarse con más frecuencia en lugares polvorientos o sucios que en lugares limpios. Usos: El sistema de lubricación por salpique se usa para mecanismos que tengan manivelas u otras partes en movimiento encerradas en cárter hermético que sirve de recipientes para el aceite. Las máquinas que tienen estos mecanismos y este sistema de lubricación son: Compresores de aire, compresores para refrigeración y máquinas de vapor. Todos los sistemas anteriormente estudiados se usan para uno o varios cojinetes; todos ellos son de realizar a mano o semi- automáticamente. Cuando lubricamos por alguno de éstos métodos se necesita tiempo y atención. Cuantos más cojinetes tiene un mecanismo, se requiere más relubricación. SISTEMA DE LUBRICACION CENTRALIZADOS Sistema de lubricación forzada El sistema de lubricación centralizado suministra un control de la cantidad de lubricante dad a cada uno de los órganos de una máquina.
La finalidad es suprimir la lubricación a mano o por gravedad. Este sistema reduce costos de mantenimiento. Hay tres tipos de lubricación centralizada. Sistema de una sola presión
Con una sola presión del mango de la bomba es suficiente para una correcta lubricación; es operado a mano. Composición del sistema Consiste en un recipiente, una bomba, válvulas contadoras de aceite y de una línea distribuidora con válvulas contadoras en cada punto de lubricación. Funcionamiento del sistema Cuando se opera la bomba, el aceite se reparte a presión por la línea de distribución.
Cuando el aceite alcanza cierta presión, el cheque de cada válvula salta permitiendo el paso del lubricante a todos los puntos de lubricación. Después de que todos los contadores han dejado pasar la cantidad requerida, la línea de presión deja de enviar aceite, y el sistema queda listo para el próximo ciclo de lubricación. En algunas instalaciones la presión de un manómetro nos muestra cualquier cambio de presión en la línea y nos indica, cuando se ha terminado la lubricación. Las válvulas contadoras pueden ajustarse a la cantidad correcta de aceite, que requiere cada órgano a lubricar. Este sistema requiere un mínimo de mantenimiento. Es muy utilizado el sistema de lubricación forzado bien sea por accionamiento manual o mecánico.
Lubricación mecánica.
La lubricación mecánica es quizá el sistema más usado entre los automáticos. La mayoría de los grandes compresores son de lubricación completamente automática. La parte central de un lubricador mecánico consiste de un recipiente, localizado en un punto conveniente junto a la máquina a lubricar. Dentro del recipiente hay una serie de bombas de émbolo. Manejo: Todas las partes individuales se operan con el mismo eje leva. En la carrera descendente del émbolo primario el aceite se aspira a través del filtro colocado en el fondo del recipiente en el émbolo primario.
Cuando el émbolo primario se mueve hacia arriba, el aceite pasa a través del tubo cuenta- gotas o de alimentación visible, para seguir luego por la válvula de esfera hacia la chumacera u órgano a lubricar. El lubricador puede ser accionado por un motor, por un árbol en rotación o por un mecanismo recíproco de la misma máquina. Con este sistema es muy poco el aceite desperdiciado. En la mayoría de los casos el lubricador no trabaja cuando la máquina está fuera de servicio, sin que haya aceite perdido en este período. Precauciones: Este sistema requiere la mínima atención, excepto la de tener una correcta regulación del aceite y la de llenar el recipiente cuando sea necesario. El aceite se regula por medio del tornillo de regulación de alimentación. Girando este tornillo se cambia la carrera del émbolo primario. Sistema de lubricación por gravedad.
La lubricación por gravedad se usa cuando se necesita suministrar gran cantidad de aceite con el fin de lubricar y refrigerar. También se usa cuando las condiciones de operación hacen necesario proveer un flujo que actúa dentro de los soportes o chumaceras para remover toda partícula de metal, arena y lodo, que a menudo depositan en los soportes de los órganos en movimiento. Funcionamiento: Este se basa en la Ley de la Gravedad para conducir el aceite desde un recipiente hasta las partes que se van a lubricar. La alimentación por gravedad suministra un flujo continuo de aceite a los cojinetes. El aceite sobrante de la lubricación cae al fondo de la unidad de lubricación y desde allí se bombea al recipiente de almacenamiento y suministro. Este es el sistema más simple de lubricación por gravedad. SISTEMA
AUTOMATICO
DE
(APLICACIÓN DE NIEBLA PURA)
APLICACIÓN
DE
ACEITE
APLICACIÓN DE LAS GRASAS Las grasas pueden suministrarse a los soportes, chumaceras, rodamientos, etc., de diferentes maneras. Estos métodos van desde la aplicación manual en su forma simple al sistema centralizado y completamente automático. • Aplicación manual: Este sistema simple de engrase, se usa para proteger los cojinetes antes de usarse, o para relubricarlos. Desventajas: El engrase a mano tiene la desventaja de desperdiciarse mucha grasa, dando lugar a que se adhiera a ella polvo y partículas extrañas que fácilmente penetran al cojinete. Sin embargo, el engrase a mano es algunas veces el único método que puede usarse. • Copa de presión para grasa.
Este sistema de engrase se usa más que el anterior en ciertos tipos de máquinas atornillado directamente en el cojinete. Para llenar la copa se desenrosca y se llena a presión, luego se rosca poco a medida que se va consumiendo la grasa en la lubricación, se va roscando más la copa para que la grasa se vea forzada a bajar al cojinete. La copa debe llenarse cuando toda la rosca se haya introducido en la base, es decir, que ya no se disponga de más rosca para introducir. La rata de lubricación usualmente se especifica en un cierto número de vueltas roscadas de la copa, por hora o por día, o en otra unidad de tiempo. Aún cuando este sistema es más ventajoso que el de engrase a mano, no suministra mucha eficiencia y requiere frecuente atención. Funcionamiento: Consiste en un recipiente lleno de grasa, y un resorte con un empaque de cuero que sirve de émbolo ejerciendo fuerza contra la grasa, que la hace alojar en el cojinete. En la parte superior del tornillo que guía el resorte, está localizado un sistema de trinquete en forma de T, que hace regulable la presión del resorte y por tanto la cantidad de grasa suministrada. Si roscamos el trinquete hacia abajo sobre el eje este podría permitir al resorte forzar el árbol hacia abajo, depositando grasa suavemente en el cojinete hasta que el empaque complete su recorrido trncándose con la copa en la parte inferior. La válvula de tornillo situada en la base del recipiente puede girarse hacia adentro o hacia fuera según que se quiera tenerla completamente abierta o cerrada, con el fin de regular el flujo de grasa. Estas graseras algunas veces se equipan con accesorios de presión que les permiten llenarse a mano. Ninguna de las graseras automáticas, o del tipo de compresión, se recomiendan para usarse en otros que tengan altas temperaturas, porque esto puede afectar la grasa.
ACCESORIOS TIPICOS DE PRESION.
El método de engrase a presión es el más usado. La grasa se aplica por medio de Instrumentos o accesorios tales como las graseras. La grasa se hace introducir en las graseras por medios de engrasadoras de mano, eléctricas o movidas por aire comprimido. El tipo de aire comprimido es el que se usa en las estaciones de servicio. Tipo de grasera llamado de bola, la cual se abre cuando se le inyecta grasa a presión: una vez que la grasa haya pasado la bola, fluye a la superficie del cojinete. Cuando la presión cesa, el resorte regresa la bola y sella la entrada, evitando que con la grasa pasen partículas extrañas y polvo a los cojinetes. Estos accesorios de engrase a presión son de diferente forma ajustadas a las necesidades de diferentes máquinas.
Ventajas de las graseras: Las graseras son preferibles a las copas de engrase porque presentan las siguientes ventajas: 1. Con una lubricación a presión, como la suministran las graseras, es posible limpiar el cojinete de grasa sucia e impurezas. 2. Los accesorios de lubricación a presión dan mejor protección de los cojinetes contra la entrada de polvo o partículas extrañas. 3. Proporciona una lubricación más eficiente sin desperdicios de grasa. Por estas razones es más práctico emplear graseras o accesorios de presión, que las copas de engrase. SISTEMA DE ENGRASE CENTRALIZADO Este sistema es muy ventajoso en cuanto nos reduce el tiempo de lubricación y nos economiza mucha grasa. El sistema de engrase centralizado nos permite lubricar todos los cojinetes y partes en movimiento mientras la máquina está en operación. El sistema centralizado se divide en dos tipos generales: Manual y completamente automático. • Sistema de engrase manual.
Este es un sistema particular y tiene válvulas individuales, conectadas a una línea sencilla a un extremo del sistema, automáticamente suministran a cada cojinete una determinada cantidad de grasa. Cada válvula tiene un indicador que le señala al operador cuando la lubricación es completa. En la mayoría de los casos, las válvulas pueden enroscarse en los cojinetes directamente, lo que hace posible un descargue positivo de la grasa en el cojinete. El sistema manual de engrase se usa cuando los cojinetes no requieren más de una o dos lubricadas en una jornada de operación. • Sistema de engrase totalmente automático.
Este sistema es generalmente empleado donde los cojinetes tienen altas temperaturas y presiones, y requieren una frecuente aplicación de grasas para asegurar un buen funcionamiento. El sistema automático se usa para máquinas mezcladoras, en fábricas de caucho, plásticos y máquinas de servicio pesado que requieren los mejores
métodos de lubricación para obtener el máximo de producción al mínimo de tiempo consumido. Lubricadores automáticos Algunos ejemplos de aplicaciones:
Perma Classic. Engase Cadenas
Perma Classic. Engase Rodamientos
Perma Star. Engase guías
Perma Classic. Engase guías con cepillo
Composición del sistema El sistema mostrado en la figura de una unidad motor y bomba con dos tuberías de suministro y una válvula contadora para cada cojinete y partes en movimiento del equipo. Las dos líneas principales de suministro a través de cada válvula medidora forman un circuito completo, también reforma a una válvula hidráulica de control con 4 salidas. La presión del lubricante al final de su regreso de cualquiera de las líneas del suministro es automáticamente operado por el reverso de la válvula el flujo de lubricante en la otra línea de suministro. Mientras el control de presión esté localizado al final de regreso de la línea de suministro, la grasa debe primero pasar de todo el sistema y suministrar suficiente presión para operar las válvulas contadoras, antes de que el flujo pase a la otra línea de suministro por el reverso de la válvula. Esto significa que todos los cojinetes deben ser completamente lubricados antes de que la válvula de inversión indique la finalización del ciclo de lubricación. La frecuencia de operación de este sistema se hace manualmente o por medio de un reloj eléctrico, el cual opera el sistema a intervalos determinados.
Este sistema se provee de accesorios de seguridad para que accionen en caso de descuido o falta de la unidad motor-bomba, o en caso de una rotura de una línea de suministro. TARJETAS DE CONTROL PARA LUBRICACION Finalidad: Las tarjetas de control para lubricación tienen como finalidad entre otros los siguientes propósitos: 1. Poder controlar en forma afectiva y sistemática la lubricación de cualquier máquina. 2. Servir como guía a la persona encargada de realizar la lubricación. 3. Dar la base para la programación de lubricantes y el cálculo de costos. 4. Permitir estandarizar y unificar lubricantes en una empresa. 5. Mantener un stock de lubricantes. 6. Evitar la utilización de lubricantes no adecuados. 7. Valorar el tiempo y la mano de obra para la lubricación. 8. Ser base fundamental del mantenimiento preventivo. 9. Facilitar la capacitación de personal nuevo para la lubricación. Partes de que consta una tarjeta tipo. Hoja de Vida 1. Nombre de la empresa. 2. Departamento. Primer nivel orgánico de la empresa ( por ejemplo el departamento de producción) 3. Sección. Segundo nivel orgánico de la empresa (por ejemplo la sección de mecanizado) 4. Máquina. Nombre de la máquina y marca de fabricación (por ejemplo Torno Colchester Student 2.000) 5. Número. Dato dado por la placa de identificación de la máquina o del motor. 6. Código. Referencia interna de la máquina dada por la empresa teniendo como base la ruta de inspección de acuerdo a la distribución de planta. 7. Fecha. Cuando se inicia el proceso de implantación de la tarjeta control en la máquina.
8. Puntos de lubricación. Tomados del esquema de la máquina, nos describe el órgano esencial a lubricar determinado por el fabricante de máquina y lo identifica por medio de un número. 9. Aceite-grasa. En el recuadro se nombra el lubricante y su marca según corresponda aceite o grasa. 10. Frecuencia. Nos indica la periodicidad con que se debe cambiar y rellenar cada punto de lubricación, tomando como base los datos del fabricante o en su defecto determinado por un estudio técnico de lubricación. 11. Cantidad. Nos indica el volumen o peso según corresponda aceite o grasa, para una lubricación eficiente. Cuando el fabricante de la máquina lo especifica se toma este dato como base, o si no se obtiene tomando como promedio varias aplicaciones en el mismo órgano. 12. Observaciones. En ese cuadro se distribuirán las posibles sugerencias o cuidados a tener en la lubricación de cada punto. 13. Control. Hojas desprendibles elaboradas por mes (1 a 31 días) para que el lubricador marque con una X el recuadro correspondiente después de realizada la operación de lubricación y para que el departamento de mantenimiento lleve un control de la cantidad y costo del lubricante así como el tiempo y costo de la mano de obra. Terminando el mes esa hoja se procesa y archiva en el departamento de mantenimiento. Los datos obtenidos del desprendible son la base del cálculo de costos y de las programaciones futuras, así como la determinación de un presupuesto real.
NOTA: En algunas empresas la tarjeta de control para lubricación es mantenida dentro de una bolsa plástica con ventajas que facilita al lubricar la marcación en el casillero de control, además la tarjeta se mantiene en cada máquina.
GUIA DE LUBRICACION
= Diario
ROJO = Aceitar
= Semanal
AZUL = Engrasar
= Mensual = Semestral
VERDE = Inspeccionar Ajustar Controlar AMARILLO = Verificar
ENGRASAR CADA SEMANA
COMPROBAR NIVEL Y RELLENAR CADA SEMANA
SÍMBOLOS DE LA FRECUENCIA DE LUBRICACION SIMBOLO
FRECUENCIA
SIMBOLO
FRECUENCIA
CADA TURNO
MENSUAL
DIARIO
BIMENSUAL
CADA DOS DIAS
TRIMESTRAL
DOS VECES EN LA SEMANA
SEMESTRAL
SEMANAL
ANUAL
QUINCENAL
OPERACIONES
PASOS
1. Localizar máquina a lubricar.
Identificar código de la máquina
2. Revisar tarjeta guía.
Revisar puntos a lubricar Revisar frecuencia de lubricación Revisar lubricantes a aplicar Revisar modos de aplicación
3. Preparar material.
Seleccionar lubricantes (aceites y grasas) Seleccionar equipo de lubricación (grasera, inyectores) Seleccionar herramientas de trabajo (llaves, destornilladores) Seleccionar elementos de trabajo (bayetilla, aceite, detergente)
4. Aplicar lubricante.
Revisar estado de aceiteras y grasas Aplicar aceite o grasa según lo especificado en la tarjeta guía
5. Cambiar aceite. a. Drenar depósito.
1. Colocar recipiente para recoger aceite.
2. Retirar tapón de drenaje 3. Colocar tapón de drenaje
b. Lavar depósito.
Aplicar aceite detergente Encender brevemente la máquina Apagar máquina Retirar tapón de drenaje Drenar el aceite detergente Colocar tapón de drenaje
c. Aplicar aceite.
Retirar tapa de entrada Aplicar aceirte nuevo hasta el nivel de referencia Colocar tapa de entrada Encender máquina Verificar nivel
6. Observar fugas. 7. Retirar grasa. (SI ES NECESARIO)
Retire carcaza de protección Retirar grasa de los mecanismos Observar estado de los mecanismos
8. Limpiar mecanismos.
Limpiar mecanismos (A.C.P.M. detergente especial).
(En algunos casos retirar engranajes para mayor limpieza)
9. Aplicar grasa nueva
Aplicar grasa(Inyectada, untada según mecanismo) Colocar carcaza de protección Verificar funcionamiento máquina, (ruidos, temperatura).
10. Llenar tarjeta guía
Anotar aceites aplicados. Anotar grasa aplicada. Anotar fecha de la lubricación. Anotar código del lubricador.
BIBLIOGRAFÍA • ELEMENTOS DE MAQUINAS, Lubricación de maquinarias, SENA. 1985. • TRIBOLOGIA Y LUBRICACIÓN INDUSTRIAL Y AUTOMOTRIZ. Albarracin Pedro. Tomo 1, segunda edición. • MECANICA DE FLUIDOS. Mott. Ed. Prentice Hall. • FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. Groover, J:P. Ed. Prentice Hall.
