Tutor de Lubricación

Introducción a los lubricantes y la lubricación

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Uno

CONTENIDO Introducción Sección Uno Fricción Lubricación El mecanismo de lubricación Resumen

Sección Dos Qué hacen los lubricantes? Las funciones de los lubricantes Tipos de lubricantes Propiedades importantes de los lubricantes Resumen

Sección Tres Qué hay en un lubricante Aceites bases y aditivos Aceites bases La fabricación de aceites lubricantes Aditivos Formulación Resumen

Sección cuatro El lubricante adecuado para el trabajo La selección de los lubricantes

Recomendaciones de los fabricantes Probando los lubricantes Resumen

Sección Cinco Almacenamiento, manejo, y uso de los lubricantes Contaminación entre lubricantes Salud ocupacional

Sección Seis Guías del usuario para implementar una adecuada administración de la lubricación Análisis CAVEB Análisis previos a la selección de lubricantes Racionalización de productos Manejo de problemas Selección de mejoras de proceso Pruebas de campo Elección de nivel y tipo de mantenimiento requerido Resumen y costos de análisis productivos

Introducción a los lubricantes y la lubricación INTRODUCCION El Tutor de Lubricación Shell ha sido diseñado para suministrarle la información clave sobre lubricantes y sus aplicaciones. Igualmente pretende desarrollar su conocimiento de productos y permitirle hacer su trabajo más efectivamente. También le proporcionará una base sólida para un entrenamiento posterior. Si usted desea obtener lo mejor del Tutor, es importante que trabaje cuidadosa y conciensudamente los Manuales. Estos han sido diseñados para ser fáciles de seguir, pero igualmente demandará algo de tiempo, esfuerzo y compromiso de su parte. Esperamos que disfrute la experiencia de aprender y que prontovea como los beneficios de su mejora en el conocimiento de productos le ayudará a hacer su trabajo más eficientemente.


Módulo Uno


SECCION UNO FRICCION Qué es fricción? Cuando una superficie se desliza sobre otra, siempre hay resistencia al movimiento. Esta fuerza de resistencia, o fricción, depende de la naturaleza de las dos superficies en contacto. Cuando la fricción es pequeña como lo es por ejemplo cuando un esquiador se desliza hacia abajo sobre una superficie de nieve, el movimiento es suave y fácil. Cuando la fricción es grande, deslizarse se vuelve difícil, las superficies se tornan calientes y sé desgastan. Esto pasa, por ejemplo cuando las pastillas de los frenos son aplicadas para disminuir la velocidad de una rueda.


Módulo Uno Cuando las superficies se mueven, las asperezas pueden quedar trancadas una con las otra y se pueden soldar. Entre más sé presione una superficie con la otra mayor será la fricción.

Las consecuencias de la fricción En la mayoría de las máquinas es importante mantener la fricción entre las partes móviles a un mínimo. Cuando la fricción es excesiva, tiene que hacerse trabajo adicional para continuar él movimiento. Esto genera calor y gasto de energía. La fricción también incrementa el desgaste y por tanto reduce la vida de la máquina. Movimiento

Qué causa la fricción? La fricción es el resultado de la rugosidad de las superficies. Bajo microscopio electrónico, aún las superficies aparentemente más lisas, muestran muchas rugosidades o asperezas. Dos superficies que aparentan estar en contacto total, realmente se están tocando una con la otra en los picos de sus asperezas. Toda carga es por lo tanto soportada solamente en unos pequeños puntos y la presión sobre estos es enorme.

Fricción

Contacto entre dos superficies Fricción y sus causas

Introducción a los lubricantes y la lubricación Más acerca de

LA FRICCION

E

n física clásica hay dos leyes que describen la fricción entre dos superficies

La primera ley de la fricción, establece que la fricción entre dos sólidos es independiente de el área de contacto. Por lo tanto de acuerdo con esta ley, cuando un ladrillo es movido a lo largo de una lámina de metal la fuerza opuesta a su movimiento será la misma sí el ladrillo se desliza sobre su cara inferior, sobre su cara anterior o sobre su cara lateral. La segunda ley de la fricción, establece que la fricción es proporcional a la carga ejercida por una superficie sobre otra. Esto significa que, sí un segundo ladrillo es colocado encima del ladrillo del primer ejemplo, la fricción será duplicada. Tres ladrillos triplicarán la fricción y así sucesivamente. Movimiento

Fricción

=

Fricción

=

Fricción

La primera ley de la Fricción

Fricción

Fricción x 2

Fricción x 3

La segunda ley de la Fricción


Módulo Uno Como la fuerza friccional entre dos superficies es, proporcional a la carga es posible definir un valor conocido como coeficiente de fricción, el cual es igual a la fricción dividida por la carga. El coeficiente de fricción depende de la naturaleza de las dos superficies en contacto. Para sólidos ordinarios oscila en el rango de 0.3 y 3. Cuando un lubricante está presente entre las dos superficies, el coeficiente de fricción y por lo tanto la fuerza necesaria para producir el movimiento relativo, se reduce. De acuerdo a las leyes de fricción él coeficiente de la fricción de dos cuerpos debe ser una constante. En la práctica, éste varía ligeramente con cambios en la carga y con cambios en la velocidad de deslizamiento. La fuerza necesaria para que un cuerpo comience a deslizarse sobre otro, o sea, la fricción estática, es siempre mayor que la fricción dinámica que es la fuerza necesaria para que se mantenga en movimiento una vez éste haya comenzado.

Introducción a los lubricantes y la lubricación LUBRICACION Qué es la lubricación? Cualquier procedimiento que reduzca la fricción entre dos superficies móviles es denominado lubricación. Cualquier material utilizado para este propósito es conocido como lubricante.


Módulo Uno Sin embargo, aún el mejor lubricante, nunca podrá eliminar la fricción completamente. En el motor de un vehículo eficientemente lubricado, por ejemplo, casi el 20% de la energía generada es usada para superar la fricción. Lubricacion

Cómo la lubricación reduce la fricción? La principal función de un lubricante es proveer una película para separar las superficies y hacer el movimiento más fácil. En un modelo donde un líquido actúa como lubricante, el líquido puede ser tomado como si formara un número de capas con las dos capas externas, superior e inferior adheridas firmemente a las superficies. A medida que una de las superficies se mueva sobre la otra, las capas externas del lubricante permanecen adheridas a las superficies mientras que las capas internas son forzadas a deslizarse una sobre otra. La resistencia al movimiento no está gobernada por la fuerza requerida para separar las asperezas de las dos superficies opuestas y poder moverse una sobre otra. En su lugar, esta resistencia está determinada por la fuerza necesaria para deslizar las capas de lubricante una sobre otra. Esta es normalmente mucho menor que la fuerza necesaria para superar la fricción entre dos superficies sin lubricar.

Las consecuencias de la lubricación Debido a que la lubricación disminuye la fricción, ésta ahorra energía y reduce él desgaste.

Contacto entre dos superficies

El efecto de un lubricante



Módulo Uno

Más acerca de

LA LUBRICACION a lubricación siempre mejora la suavidad del movimiento de una superficie sobre otra. Esto puede ser logrado en una variedad de formas. Los diferentes tipos de lubricación normalmente son denominados Regímenes de Lubricación.

L

Transiciones entre los diferentes regímenes tienen lugar durante él ciclo operacional de las máquinas. Las mejores condiciones de lubricación existen cuando las dos superficies móviles están completamente separadas por una película de lubricante como él modelo descrito en la página anterior. Esta forma de lubricación es conocida como Hidrodinámica o lubricación de película gruesa. El espesor de la película de aceite depende principalmente de la viscosidad del lubricante, una medida de su espesor o la resistencia a fluir.

hidrodinámica y límite. Las siguientes son las dos más importantes. Alta Velocidad

Lubricación Hidrodinámica Baja Velocidad

Lubricación Mixta Muy Baja Velocidad

Lubricación Límite

Por otro lado, la lubricación es menos eficiente cuando la película es tan delgada que él contacto entre las superficies tiene lugar sobre una área similar a cuando no hay lubricante. Estas condiciones definen la lubricación límite. La carga total es soportada por capas muy pequeñas de lubricante adyacentes a las superficies. La fricción es menor que en superficies completamente sin lubricar y está principalmente determinada por la naturaleza química del lubricante.

Lubricación mixta o de película delgada, existe cuando las superficies móviles están separadas por una película de lubricante continua con espesor comparable a la rugosidad de las superficies. Esta carga entonces está soportada por una mezcla de presión de aceite y los contactos entre superficies de tal forma que las propiedades de este régimen de lubricación son una combinación tanto de lubricación hidrodinámica como límite.

Varios regímenes de lubricación han sido identificados entre los dos extremos de lubricación

La lubricación elastohidrodinámica, es un tipo especial de lubricación hidrodinámica la cual se

Introducción a los lubricantes y la lubricación Lubricación Elastohidrodinámica Película de aceite

Alta presión incrementa la viscosidad

Cilindro Rotatorio

y deforma la superficie

puede desarrollar en ciertos contactos con altas cargas, tales como cojinetes y algunos tipos de engranajes. En estos mecanismos él lubricante es arrastrado hacia el área de contacto y luego sujeto a muy altas presiones a medida que es comprimido bajo carga pesada. El incremento de la presión tiene dos efectos. Primero que todo, causa él incremento en la viscosidad del lubricante y por lo tanto un aumento en su capacidad de soportar cargas. En segundo lugar, la presión deforma las superficies cargadas y distribuye la carga sobre un área mayor.


Módulo Uno

Introducción a los lubricantes y la lubricación EL MECANISMO DE LA LUBRICACION


Módulo Uno Un ejemplo es una biela del motor de un carro. A medida que el eje rota, una cuña de aceite se forma entre las superficies, la cual genera suficiente presión para mantenerlas separadas y sopotar la carga del eje.

La mayoría de las máquinas son lubricadas por los líquidos. Cómo son capaces estos líquidos de separar superficies y reducir la fricción entre ellas? Con el objeto de entender en que forma los líquidos lubrican en la práctica, es útil observar el caso de la chumacera simple. En este dispositivo sencillo ampliamente utilizado, un eje soporta las cargas y rota dentro de una cavidad de aceite.

Las cuñas de aceite, se pueden formar en otro tipo de chumaceras, tales como cojinetes con elementos deslizantes y rodantes, por un mecanismo similar. La formación de una cuña de aceite en un cojinete plano. Eje Estacionario

Eje Rotatorio

Cojinete

Contacto metal - metal

Cuña de aceite soporte de carga

La formación de una cuña de aceite.

En cojinete deslizante En un cojinete con elementos rodantes

En un engranaje

Introducción a los lubricantes y la lubricación La lubricación más eficiente, es la llamada lubricación hidrodinámica y es solamente obtenida cuando la película de aceite que se genera en un cojinete tiene un espesor varias veces mayor que la rugosidad de las superficies sólidas opuestas. Sí la película de aceite es demasiado delgada, las superficies entran en contacto directo, la fricción se incrementa, se genera calor y ocurre desgaste. Lubricación Hidrodinámica


Módulo Uno puede restringir el movimiento relativo entre dos superficies. La viscosidad de un líquido disminuye al incrementarse la temperatura, por lo tanto un cojinete que esté lubricado eficientemente en frío puede que no trabaje bien si se calienta. Estaremos observando la viscosidad y su variación con la temperatura con más detalle en la siguiente sección. Diseño del cojinete La forma de las superficies lubricadas debe favorecer la formación de una cuña de aceite. Por lo tanto debe haber un espacio adecuado entre las superficies móviles. Alimentación del lubricante Claramente, la lubricación hidrodinámica no se puede desarrollar sí hay falta de lubricante. El movimiento relativo de las superficies

Varios factores influyen en la formación de la película de aceite y por lo tanto en la eficiencia de la lubricación. Estos incluyen: La viscosidad del lubricante Este es el factor más importante. Sí la viscosidad del lubricante es demasiado baja, esto es que el lubricante es muy delgado, éste no será capaz de formar una cuña de aceite adecuada. Es imposible generar suficiente presión para separar las superficies móviles. Si, por otro lado, la viscosidad es demasiado alta, el espesor del lubricante

Entre mayor sea la velocidad de deslizamiento mayor será la película de aceite, asumiendo que la temperatura permanezca constante. Una consecuencia importante de esto es que las superficies en movimiento, tenderán a entrar en contacto cuando el equipo arranque o pare. La carga A cualquier temperatura dada, un incremento de la carga tenderá a disminuir la película de aceite. Una carga excesiva tenderá a incrementar la fricción y el desgaste.



Módulo Uno

RESUMEN DE LA SECCION UNO Fricción es el nombre dado a la fuerza que resiste el movimiento relativo entre dos superficies en contacto. La fricción genera calor, consumo de energía y aumenta él desgaste. Lubricación es el nombre dado a cualquier procedimiento que reduzca la fricción. El principal objetivo de la lubricación es separar las superficies opuestas y hacer el movimiento más fácil. La lubricación ahorra energía y reduce él desgaste.

Las mejores condiciones de lubricación ocurren cuando una película de lubricante gruesa se forma y es suficiente para separar las superficies móviles y soportar la carga sobre ellas. Esta es llamada lubricación hidrodinámica. La lubricación hidrodinámica solamente se puede desarrollar si la geometría de las superficies lubricadas ayudan a la formación de una cuña de lubricante. La lubricación hidrodinámica está favorecida por el incremento en la viscosidad del lubricante, una disminución de la temperatura (la cual incrementa la viscosidad del lubricante), un incremento en la velocidad de deslizamiento y una disminución de la carga. La eficiencia de la lubricación hidrodinámica se reduce y el contacto entre las superficies es más probable que ocurra cuando la viscosidad del lubricante disminuye, la velocidad de deslizamiento disminuye y la carga aumenta.


Sección Dos QUE HACEN LOS LUBRICANTES? Los lubricantes cumplen con numerosas funciones diferentes de su papel principal de reducir la fricción y el desgaste. En esta sección revisaremos las funciones más importantes de los lubricantes, antes de entrar a considerar las propiedades que deben tener para trabajar eficientemente. Le pondremos particular atención a la viscosidad ya que ésta es casi siempre la propiedad más importante de un lubricante. Cuando usted haya estudiado la información clave de esta sección, usted deberá ser capaz de: Listar cuatro funciones importantes que cumplen los lubricantes. Listar los cuatro tipos de lubricantes básicos y resumir sus ventajas y desventajas. Definir el término viscosidad y explicar cómo el sistema SAE es usado para clasificar los aceites de acuerdo a su viscosidad. Establecer cual es el significado del término índice de viscosidad y explicar cómo las propiedades de los aceites con índices de viscosidad altas y bajas difieren entre si.


Módulo Uno Resumir el significado de las siguientes propiedades de los lubricantes: Flujo a baja temperatura, estabilidad térmica y química, conductividad térmica y calor específico, corrosividad, demulsificación, emulsificación, inflamabilidad, compatibilidad y toxicidad.

Si estudia la información complementaria Usted estará en capacidad de: Dar ejemplos de funciones adicionales que los lubricantes utilizados en aplicaciones especiales tengan que cumplir. Comparar y contrastar las propiedades importantes de los tipos básicos de lubricantes. Explicar cómo se desarrolla el flujo viscoso en un líquido y establecer cómo la viscosidad puede ser definida en términos de tensión de corte y rata de corte. Resumir el procedimiento utilizado para determinar el índice de viscosidad de un aceite. Describir el efecto de la presión sobre la viscosidad de un líquido.

Introducción a los lubricantes y la lubricación FUNCIONES DE LOS LUBRICANTES


Módulo Uno Protección contra la corrosión

Los lubricantes no solamente deben lubricar. En la mayoría de las aplicaciones deben refrigerar, proteger, mantener la limpieza y algunas veces llevar a cabo otras funciones.

La lubricación efectiva minimiza él desgaste mecánico, reduciendo el contacto entre las superficies móviles. Sin embargo, el desgaste químico o corrosión, puede tener lugar.

Lubricación

Obviamente, un lubricante no debe causar corrosión. Idealmente, debe proteger activamente las superficies que lubrica inhibiendo cualquier daño que pueda ser causado por el agua, ácidos u otros agentes dañinos que contaminen el sistema.

La principal función de un lubricante es simplemente hacer más fácil que una superficie se deslice sobre otra. Esto reduce la fricción, el desgaste y ahorra energía.

Refrigeración Cualquier material que reduzca la fricción actuará como un refrigerante, simplemente, porque reduce la cantidad de calor generada cuando dos superficies rozan una contra otra. Muchas máquinas bien lubricadas aún generan cantidades considerables de calor, sin embargo, este calor en exceso debe ser removido si se quiere que la máquina funcione eficientemente. Los lubricantes son frecuentemente usados para prevenir él sobrecalentamiento, transfiriendo calor de las áreas más calientes a las áreas más frías. Quizás el ejemplo más familiar de un lubricante empleado como refrigerante es él aceite utilizado en los motores de nuestros vehículos, pero esta función es vital en muchas otras aplicaciones. Los aceites para compresores, los aceites para turbinas, aceites para engranajes, aceites de corte y muchos otros lubricantes deben ser buenos refrigerantes.

Los lubricantes deben proteger contra la corrosión en dos formas diferentes. Deben cubrir la superficie y proveer una barrera física contra el ataque. Además, muchos lubricantes reaccionan con los químicos corrosivos para neutralizarlos.

Mantenimiento de la limpieza La eficiencia con la cual una máquina opera es reducida sí su mecanismo sé contamina con polvo y arena o los productos del desgaste y la corrosión. Estas partículas sólidas pueden incrementar el desgaste, promover más corrosión y puden bloquear las tuberías de alimentación y los filtros. Los lubricantes ayudan a mantener las máquinas limpias y operando eficientemente, lavando los contaminantes de los mecanismos lubricados. Algunos lubricantes, como los de motor, contienen además aditivos que suspenden las partículas y dispersan los contaminantes solubles en el aceite. Esto detiene la acumulación y depósito sobre las superficies de trabajo lubricadas.

Introducción a los lubricantes y la lubricación Otras funciones de los lubricantes os lubricantes utilizados para aplicaciones par ticulares pueden requerir otras funciones además de las descritas anteriormente. Por ejemplo:

L

Sellado El aceite utilizado en motores de combustión interna debe preveer un sellado efectivo entre los anillos del pistón y las paredes del cilindro. El sellado es también importante en la lubricación de bombas y compresores.

Transmisión de Potencia Los aceites hidráulicos son usados para la transmisión y control de la potencia al igual que la lubricación de trabajo del sistema hidráulico.

Aislamiento Los aceites de aislamiento son utilizados en los transformadores eléctricos e interruptores de potencia.


Módulo Uno

Introducción a los lubricantes y la lubricación TIPOS DE LUBRICANTES Hay básicamente cuatro tipos de materiales disponibles para llevar a cabo, en mayor o menor grado, las funciones de un lubricante.

Líquidos Muchos líquidos diferentes pueden ser utilizados como lubricantes, pero los más ampliamente utilizados son los basados en aceites minerales derivados del petróleo crudo. Su fabricación y composición será vista con más detalle en la próxima sección de este módulo. Otros aceites utilizados como lubricantes incluyen los aceites naturales (aceites animales o vegetales) y los aceites sintéticos. Los aceites naturales pueden ser excelentes lubricantes, pero tienden a degradarse más rápido en uso que los aceites minerales. En el pasado, fueron poco utilizados para aplicaciones de ingeniería por sí solos, aunque algunas veces fueron usados en combinaciones con los aceites minerales. Recientemente, ha habido un interés creciente sobre las posibles aplicaciones de los aceites vegetales como lubricantes. Estos aceites son biodegradables y menos nocivos al medio ambiente que los aceites minerales. Los aceites sintéticos son fabricados mediante procesos químicos y tienden a ser costosos. Son especialmente usados cuando alguna propiedad en particular es esencial, tal como la resistencia a las temperaturas extremas requeridas por los aceites de motores de aviación.


Módulo Uno A temperaturas normales de operación, los aceites fluyen libremente, de tal forma que pueden ser fácilmente alimentados hacia o desde las partes móviles de la máquina para proveer una lubricación efectiva y extraer él calor y las partículas de desgaste. Por otro lado, debido a que son líquidos, los lubricantes se pueden salir del sitio que necesita ser lubricado, y no formar el sellado contra el sucio y la humedad.

Grasas Una grasa es un lubricante semifluido generalmente elaborado de aceite mineral y un agente espesante (tradicionalmente jabón o arcilla), que permite retener el lubricante en los sitios donde se aplica. Las grasas protegen efectivamente a las superficies de la contaminación externa, sin embargo, debido a que no fluyen tan libremente como los aceites, son menos refrigerantes que éstos y más difíciles de aplicar a una máquina cuando está en operación.

Sólidos Los materiales utilizados como lubricantes sólidos son grafito, bisulfuro de molibdeno y politetrafluoroetileno (PTFE o Teflón). Estos compuestos son utilizados en menor escala que los aceites y grasas, pero son invaluables para aplicaciones especiales en condiciones donde los aceites y las grasas no pueden ser toleradas. Ellos pueden, por ejemplo, ser usados en condiciones extremas de temperatura y de ambientes de reactivos químicos. Las patas telescópicas del Módulo Lunar del Apolo fueron lubricadas con bisulfuro de molibdeno.

Introducción a los lubricantes y la lubricación Gases El aire y otros gases pueden ser empleados como lubricantes, pero son generalmente usados para propósitos especiales. Los cojinetes lubricados con aire pueden operar a altas velocidades, pero deben tener bajas cargas. Tales cojinetes se utilizan en las fresas de los dentistas.


Módulo Uno



Módulo Uno

UNA COMPARACION DE LOS TIPOS BASICOS DE LUBRICANTES

A

te

lgunas características importantes de los tipos básicos de lubricantes son comparadas en la siguientabla.

Aceites

Grasas

Sólidos

Gases

Lubricación Hidrodinámica

****

*

Lubricación Límite

** ****

** *

Habilidad para permanecer en el cojinete

*** *

* ***

* ****

*** *

Habilidad para proteger contra la contaminación

*

***

**

*

***

**

**

**

**

****

Refrigeración Facilidad de alimentación

Protección contra la corrosión Rango de temperatura de operación

Código: Código: Excelente * * * *

Muy Bueno

***

Bueno

**

*** ***

Regular *

Inaplicable

**

***

Introducción a los lubricantes y la lubricación PROPIEDADES IMPORTANTES DE LOS LUBRICANTES Muchos factores deben ser tenidos en cuenta cuando se escoge un aceite. El más importante de todos es la viscosidad. Viscosidad


Módulo Uno aceites monógrados. Un aceite que cumpla con los requerimientos de dos grados simultáneamente, es conocido como un aceite multígrado. Por ejemplo, un aceite SAE 20W20 tiene una viscosidad a 100°C que lo califica para el rango 20W. Grueso

La definición más simple de viscosidad es la resistencia a fluir. Bajo las mismas condiciones de temperatura y presión un líquido con una viscosidad baja, como él agua, fluirá más rápidamente que líquido con alta viscosidad como una jalea. La viscosidad de los aceites para motores de combustión interna, están clasificadas de acuerdo al sistema SAE diseñado por la Sociedad Americana de Ingenieros Automotrices. Para los aceites de motor sé han especificado diez grados, cada uno correspondiente a un rango de viscosidad. Cuatro de los grados están basados en las medidas de viscosidad a 100°C. Estas son en su orden de incremento de la viscosidad, SAE 20, SAE 30, SAE 40 y SAE 50. Los otros grados están basados en la medida de la máxima viscosidad a bajas temperaturas. Estos grados son: SAE 0W (medida a -30°C), SAE 5W (medida a -25°C), SAE 10W (medida a -20°C). El sufijo "W" indica que un aceite es adecuado para uso en invierno. Los aceites que pueden ser clasificados en solo uno de los anteriores grados, son conocidos como

Viscosidad

SAE 0W

SAE 25W SAE 5W SAE 15W SAE 20W SAE 10W

Grados de viscosidad de alta temperatura ( viscosidad máxima y mínima especificadas )

Grados de viscosidad de baja temperatura ( solamente especificada máxima viscosidad )

SAE 50 SAE 40 SAE 30 SAE 20

Delgado Temp ( oC )

- 30

- 25

- 20

- 15

- 10

-5

100

Aceite de motor en grados de viscosidad (Sistema SAE J300)


EL SISTEMA DE VISCOSIDADES GRADOS SAE os grados SAE al igual que definen los grados de viscosidad, también definen la temperatura límite de bombeabilidad (BPT) para los grados "W" del aceite. La temperatura límite de bombeabilidad está definida como la temperatura más baja a la cual un aceite para motor puede ser continua y adecuadamente suministrado a la bomba de aceite del motor.

L


Módulo Uno

Introducción a los lubricantes y la lubricación Un sistema similar al usado para los aceites de motor es utilizado para clasificar los aceites de engranajes automotrices. En este sistema, los grados SAE 90, SAE 140 y SAE 250 están basados en las medidas de viscosidad a 100°C y los grados SAE 75W, 80W y 85W son medidas a -49°C, -26°C y -12°C respectivamente. El sistema de clasificación de estos aceites para engranajes es independiente del usado para aceites de motor, lo cual hace difícil comparar sus viscosidades. Por ejemplo, un aceite para motor SAE 50 puede realmente ser un poco más viscoso que un aceite para engranajes SAE 80W.


Módulo Uno viscosidades. En el sistema ISO se definen 18 grados, cada uno cubre un pequeño rango de viscosidad y está especificado por el término ISO VG seguido por un número, el cual es una medida de su viscosidad a 40°C. Esta viscosidad a cualquier grado es mayor que su grado inmediatamente anterior. Es importante anotar que, cualquiera que sea el sistema de grados usado SAE, BSI o ISO, el número sé relaciona solamente con la viscosidad del aceite. Esto no revela nada respecto a sus otras propiedades o sobre la calidad o desempeño del aceite.

Se utilizan sistemas alternativos para clasificar los lubricantes industriales de acuerdo con sus

Grados de viscosidad para automotores (Sistema SAE J300) SAE 75W

SAE 80W

Grados de viscosidad de lubricantes industriales ( Sistemas ISO )

SAE 85W

Viscosidad

Grueso


Grados de viscosidad de alta temperatura SAE 250 SAE 140 SAE 90

Delgado Temp ( oC )

- 55

- 40

- 26

- 12

-0

100

2 3 5 7 10 15 22 32 46 68 100 150 220 320 460 680 1000 1500

Delgado

Grueso


LA VISCOSIDAD a viscosidad puede ser definida en términos de un modelo simple, en el cual una película fina de líquido es colocada entre dos superficies planas paralelas. Las moléculas del líquido son consideradas como esferas que pueden rodar en capas entre las superficies a lo largo de ellas. La viscosidad del líquido es esencialmente una medida de la fricción entre dos moléculas mientras se mueven unas sobre las otras. Depende de las fuerzas entre las moléculas y por lo tanto están influenciadas por su estructura molecular.

L

Suponga que la superficie inferior se mantiene estacionaria, y la superior es movida a lo largo a una velocidad constante. Las moléculas cerca a la superficie en movimiento tenderán a adherirse y a moverse con ella, las capas interiores se moverán igualmente pero más despacio, y las del fondo no se moverán. Este movimiento ordenado de las moléculas es definido como flujo viscoso y la diferencia en la velocidad de cada capa es conocida como la rata de corte. La viscosidad es definida como la tensión de corte (que es la fuerza causante del movimiento de las capas) dividida por la rata de corte. Esta definición de viscosidad es la viscosidad absoluta o dinámica, y es usada por los ingenieros en cálculos de diseño de cojinetes. Es medida con una unidad conocida como centipoise (cP).


Módulo Uno Los fabricantes de lubricantes y los usuarios normalmente encuentran más conveniente utilizar la definición alternativa, la viscosidad cinemática. Esta es la viscosidad dinámica dividida por la densidad del lubricante y está medida en unidades conocidas como centistokes (cSt). El agua a temperatura ambiente tiene una viscosidad cinemática cercana a 1 cSt y la viscosidad de la mayoría de los aceites lubricantes a su temperatura de operación oscila en el rango de 10 - 1000 cSt. Definición Superficiedeenviscosidad movimiento a velocidad “ V”

área “ A”

Superficie estacionaria Fuerza “ F ” Espesor de película

viscosidad

h

Película de aceite

Velocidad del aceite = v Velocidad del aceite = 1/2v Velocidad del aceite = 0

Esfuerzo cortante Rata de cizallamiento Fuerza aplicada por unidad de área Velocidad del aceite espesor de película F/A V/h

Introducción a los lubricantes y la lubricación La selección de un lubricante adecuado requiere no solo conocer su viscosidad, sino también, entender la forma como ésta cambia con la temperatura. La viscosidad de cualquier líquido disminuye a medida que la temperatura aumenta, por lo tanto, un aceite con una viscosidad apropiada a temperatura ambiente, puede ser muy delgado a la temperatura de operación, un aceite con viscosidad adecuada a la temperatura de operación puede llegar a ser tan viscoso a bajas temperaturas que impide el arranque en frío del mecanismo lubricado. El índice de viscosidad de un lubricante describe el efecto de la temperatura en su viscosidad. Los aceites con una viscosidad muy sensible a los cambios de la temperatura se dice que tienen un bajo índice de viscosidad, los aceites de alto índice de viscosidad son menos afectados por los cambios de temperatura. El índice de viscosidad de un aceite está determinado por su viscosidad a 40°C y 100°C. El rango normal de índice de viscosidad para aceites minerales es de 0 a 100. Aceites con índice de viscosidad mayor de 85, son llamados aceites de alto índice de viscosidad (HVI). Aquellos con índices menores a 30 son conocidos como aceites de bajo índice de viscosidad (LVI), los situados en el rango intermedio son conocidos como aceites de mediano índice de viscosidad (MVI).

Módulo Uno Grueso

Viscosidad

Indice de Viscosidad


ACEITE HVI ACEITE MVI ACEITE LVI

Delgado Temperatura

40 oC

100 oC

Variación de la viscosidad con la temperatura

Como veremos en la siguiente sección, es posible incrementar el índice de viscosidad de un aceite mineral adicionando un mejorador del índice de viscosidad. Esto, unido a las más modernas técnicas de refinación, permite la producción de aceites de motor multígrados con índices de viscosidad de 130 o más.

LA VISCOSIDAD medida que un líquido se calienta las fuerzas entre sus moléculas se debilitan y éstas son capaces de moverse más libremente. La fricción entre ellas y la viscosidad del líquido disminuyen a medida que la temperatura se incrementa. Generalmente, para la mayoría de los líquidos comunes, entre más grandes sean las moléculas, mayor será afectada su viscosidad por los cambios de temperatura.

A

Cuando se grafica viscosidad contra temperatura, se obtiene una curva suave, pero la forma precisa de la curva depende del líquido en particular. Debido a esto, muchas medidas de viscosidad y temperatura son necesarias antes de ser posible predecir exactamente la viscosidad a una temperatura dada. Sin embargo, se ha demostrado que para una escala diferente en los ejes de la gráfica, es posible producir una línea recta relacionando los datos de viscosidad y temperatura para la mayoría de los líquidos (las escalas escogidas son la logarítmica de la temperatura y el logaritmo de la viscosidad). Utilizando tales gráficas, es posible predecir la viscosidad de un líquido a cualquier temperatura, si se conocen las viscosidades a dos temperaturas. El sistema del índice de viscosidad depende de esta relación. El índice de viscosidad de un aceite desconocido es asignado comparando sus características de viscosidad/temperatura con aceites estándar de

Módulo Uno referencia. Los estándares usados fueron escogidos hace años y en ese tiempo fueron aceites que mostraron los mayores y menores cambios en la viscosidad con la temperatura. Sus índices de viscosidad fueron valores arbitrariamente asignados de 0 a 100 respectivamente, y se asumió que cualquier otro aceite tendría un índice de viscosidad entre estos límites. 180 160 140 Viscosidad cinemática cSt

Más acerca de


120 100 80 60 40 20 0

50 Temperatura en °C

100

La variación de la viscosidad con la temperatura para un aceite lubricante típico graficado en escala lineal. 500,000

SAE 40 SAE 30 SAE 20 SAE 10 W SAE 5 W

10,000 1000

Viscosidad cinemática cSt Centistokes


100 50 20 10

SAE 40 10 W / 40 Multígrado

2

50 100 Temperatura en °C

200

La variación de la viscosidad con la temperatura para diferentes

Introducción a los lubricantes y la lubricación Viscosidad cinemática cSt

VI 0 VI 25 VI 75 VI 100

Pendiente viscosidad/ temperatura de aceite de referencia con índice de viscosidad 0 Pendiente viscosidad/ temperatura de aceite de referencia con índice de viscosidad desconocido e igual a 100°C que los aceites de referencia.

Pendiente viscosidad/ temperatura de aceite de referencia con índice de viscosidad 100

50

Temperatura en °C

100

Determinación del índice de viscosidad por comparación con aceites de referencia.

En la práctica, el sistemadel índice de viscosidad tiene varias limitaciones particularmente para aceites con alto índice de viscosidad. Su uso principal, simplemente es dar una indicación de la forma como la viscosidad cambia con la temperatura. Viscosidad y Presión La viscosidad de un líquido depende de la presión al igual que de la temperatura. Un incremento en la presión comprime las moléculas de un líquido, incrementando la fricción entre ellas, por lo tanto aumenta la viscosidad. Para muchas aplicaciones, este efecto no es significativo, pero cuando los lubricantes están sujetos a presiones muy altas (200 bar o más) como por ejemplo en las interfaces de un engranaje o de un cojinete, la viscosidad del lubricante puede ser afectada. Adicional a la viscosidad, otras propiedades deben ser consideradas para asegurar que un lubricante continúa lubricando, refrigerando, protegiendo contra la corrosión, manteniendo la limpieza y


Módulo Uno llevando acabo cualquier otra función requerida con seguridad y por el máximo período de tiempo para una aplicación dada.

Flujo a baja temperatura Cuando las máquinas están operando en condiciones frías es importante que los aceites usados para lubricarlas retengan la habilidad para fluir a bajas temperaturas. La temperatura más baja a la cual un aceite fluirá, es conocida como su punto de fluidez. En la práctica, los lubricantes deben tener un punto de fluidez de menos 10°C por debajo de la temperatura a la cual se espera trabajar.

Estabilidad térmica Si un aceite se calienta en su uso, es importante que no se descomponga hasta el extremo de no poder lubricar adecuadamente, o que productos inflamables o peligrosos sean liberados.

Estabilidad química Los lubricantes pueden entrar en contacto con una variedad de sustancias, por lo tanto deben ser capaces de soportar el ataque químico de éstas o de lo contrario serán inadecuados para su uso. La oxidación, por reacción con el oxígeno del aire, es la causa más importante del deterioro de los aceites minerales. Esto genera productos de tipo ácido que pueden corroer las superficies y formar depósitos de gomas sobre partes que operan a altas temperaturas. La oxidación también produce lodos que alteran el flujo del aceite.

Introducción a los lubricantes y la lubricación Propiedades de transferencia de calor Los lubricantes que son buenos conductores de calor deben ser usados donde sea necesario extraer calor de un cojinete. La habilidad de un material para conducir calor es su conductivilidad térmica. Usualmente, los aceites con baja viscosidad son mejores conductores de calor que los aceites de mayor viscosidad. Un sistema donde la refrigeración depende de la circulación del aceite, el calor específico del aceite es una propiedad importante. Esta determina la cantidad de calor que el aceite puede extraer.

Formación de depósitos en los pistones - un resultado de la oxidación de películas delgadas de aceite a altas temperaturas.


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Introducción a los lubricantes y la lubricación Corrosividad Un lubricante no debe corroer la superficie metálica con al cual entra en contacto. Muchos aceites minerales tienen pequeñas cantidades de ácidos débiles, los cuales usualmente no son nocivos. Sin embargo, como se mencionó en la página 22, los aceites minerales que están en contacto con el aire a altas temperaturas son oxidados produciendo compuestos ácidos. El aceite entonces puede volverse corrosivo a los metales. La acidez o basicidad de un lubricante puede ser expresada en términos de la cantidad del álcali o ácido necesario para neutralizarlo. La evaluación de este número de neutralización da una indicación del deterioro de un aceite en servicio.


Módulo Uno Cualquier agua contaminante debe separarse rápidamente del lubricante para que pueda ser drenada y el aceite continúe funcionando eficientemente.

Un cojinete corroído posee ácidos formados en la oxidación del aceite Gotas de agua

Demulsificación (separabilidad del agua) Cuando se adiciona agua al aceite, normalmente se forma una capa separada debido a que es insoluble. En algunos casos, sin embargo, es posible dispersar agua en aceite o aceite en agua, en forma de pequeñas goticas. Estas mezclas son conocidas como emulsiones. En la mayoría de las aplicaciones industriales la formación de emulsiones debe ser evitada. Las emulsiones tienen un efecto dañino sobre la habilidad del aceite a lubricar y pueden promover la corrosión de las superficies lubricadas. En turbinas, compresores, sistemas hidráulicos y otras aplicaciones donde los lubricantes pueden contaminarse con agua, es importante que éstos tengan buenas propiedades demulsificantes.

Emulsión de agua en aceite

Emulsificación Aunque la emulsificación es usualmente indeseable, algunos lubricantes son formulados deliberadamente como emulsiones. Por ejemplo, en el corte de metales, emulsiones de aceite en agua son usadas debido a que ellas pueden proveer enfriamiento efectivo y buena lubricación a la herramienta de corte. Las emulsiones de agua en aceite son utilizadas como tipo de fluidos hidráulicos resistentes al fuego.

Introducción a los lubricantes y la lubricación Inflamabilidad No debe haber ningún riesgo de que el aceite se incendie a las condiciones en que está siendo usado. Una indicación a la resistencia al fuego de un aceite puede ser obtenida determinando su punto de chispa. Este es la temperatura más baja a la cual los vapores sobre el líquido pueden ser encendidos por una llama abierta. Vale la pena anotar que el riesgo de fuego en el punto de chispa es muy pequeño. No solo el aceite debe ser calentado a esa temperatura, sino que la llama debe estar muy cerca para que se queme el aceite. Los aceites minerales livianos usualmente tienen puntos de chispa por encima de 120°C.

Compatibilidad Un lubricante no puede tener ningún efecto indeseable sobre los demás componentes del sistema. Por ejemplo, debe ser compatible con cualquier sello usado para confinar el lubricante, con mangueras utilizadas para transferir el lubricante de un campo neutro y con cualquier pintura, plástico o adhesivo con el cual pueda entrar en contacto.

Toxicidad Los lubricantes no deben obviamente causar daño alguno a la salud. Los lubricantes más comúnmente usados están basados en aceites minerales altamente refinados los cuales son materiales relativamente poco nocivos, especialmente si se tiene contacto con ellos por poco tiempo. Sin embargo, éstos contienen aditivos que presentan algún tipo


Módulo Uno de peligro específico a la salud y de seguridad. En aceites industriales, los aditivos están presentes solamente en pequeñas cantidades, de tal forma que el peligro es muy reducido. Cualquier riesgo potencial es minimizado con precauciones de sentido común, tales como, no dejar que la piel entre en contacto con los lubricantes respectivamente y por largos periodos de tiempo, y prevenir la inhalación o la ingestión accidental. En aquellas aplicaciones donde un lubricante conteniendo aditivos peligrosos, es esencial, que los fabricantes provean información clara de los riesgos involucrados y especificar si se requiere de precauciones adicionales de seguridad. Esta información se debe dar a conocer a los usuarios mediante hojas de información sobre seguridad de los productos y avisos de advertencia sobre los empaques.

Introducción a los lubricantes y la lubricación RESUMEN DE LA SECCION DOS De los lubricantes se espera que lleven a cabo muchas funciones. Entre las más importantes están, reducir la fricción y el desgaste, proteger y mantener la limpieza de las superficies lubricadas. La mayoría de los lubricantes están basados en aceites minerales pero otros líquidos, sólidos y gases pueden ser usados como lubricantes. La propiedad más importante de un lubricante líquido es su viscosidad o resistencia a fluir. Los aceites para motores de combustión interna están clasificados, por el sistema SAE, en diez grados de viscosidad, cada grado cubre un rango de viscosidades a temperatura específica. Los aceites multígrados satisfacen los requerimientos de más de un grado. Los aceites para engranajes automotrices están clasificados en grados de acuerdo a su viscosidad por el sistema SAE similar. Los grados definidos son diferentes e independientes a los grados especificados para aceites de motor. Las viscosidades de los aceites industriales pueden ser clasificadas de acuerdo al sistema supervisado por la ISO. La viscosidad de un líquido disminuye con la temperatura y la dimensión del cambio está descrita por el índice de viscosidad.


Módulo Uno El índice de viscosidad se determina de las medidas de viscosidad a 40°C y 100°C y está normalmente entre el rango 0 a 100. Las viscosidades de los aceites con bajo índice de viscosidad cambian más con la temperatura que las viscosidades de aceites con altos índices de viscosidad. Además de la viscosidad y el índice de viscosidad, otras propiedades de los aceites que influencian su habilidad para llevar a cabo otras funciones incluyen: punto de fluidez, estabilidad térmica y química, habilidad para proteger contra la corrosión, emulsificación, demulsificación, inflamabilidad, compatibilidad, toxicidad.



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Sección Tres QUE HAY EN UN LUBRICANTE? La mayoría de los lubricantes están basados en aceites minerales e incluyen algunos aditivos para mejorar o modificar su desempeño. Esta sección empieza revisando las razones que hacen de los aceites minerales buenos lubricantes. Luego miraremos la composición química de los lubricantes y como influyen en sus propiedades. Finalmente, se describen los más importantes aditivos usados en lubricantes. Cuando usted haya estudiado la información clave de esta sección será capaz de: Listar las tres razones más importantes por las que los aceites minerales son los más ampliamente usados como lubricantes y nombrar al menos cinco ventajas que poseen. Especificar los tipos de compuestos más importantes encontrados en los aceites minerales. Indicar como la composición de un aceite mineral influye en sus propiedades y estabilidad. Nombrar los aditivos más importantes, explicar cuando y porqué son necesarios y describir sus principales funciones.

Si estudia la información complementaria Usted será capaz de: Especificar las etapas más importantes en la fabricación de un lubricante de base aceite y resumir el propósito de cada etapa. Explicar no solo que hacen los aditivos sino cómo lo hacen.

Introducción a los lubricantes y la lubricación ACEITES BASES Y ADITIVOS La gran mayoría de los lubricantes son fabricados con aceites minerales, estos son aceites obtenidos del petróleo crudo. Originalmente, los aceites lubricantes minerales eran simplemente aquellas fracciones de viscosidad adecuada obtenidas durante la destilación del petróleo. Hoy en día, la fabricación de lubricantes es un proceso mucho más complicado. El proceso involucra típicamente varías etapas de refinación y mezcla para la producción de aceites bases de propiedades adecuadas. Los aceites bases por sí mismos no son capaces de llevar acabo todas las funciones requeridas para un lubricante. Por lo tanto, se le deben agregar aditivos al aceite base para lograr el lubricante final. Los aditivos deben mejorar las propiedades del lubricante o impartirle completamente unas nuevas características.


Módulo Uno Porqué utilizar aceites minerales? Los aceites minerales son ampliamente usados como lubricantes debido a que poseen tres propiedades crucialmente importantes: Tienen características de viscosidad adecuadas. Son refrigerantes efectivos debido a su alta conducción del calor y tienen alto calor específico. Tienen la habilidad de proteger contra la corrosión. Además, los aceites minerales: Son relativamente de bajo costo y satisfactorios. Son comparativamente estables al calor y a la descomposición térmica. Son compatibles con la mayoría de los componentes usados en los sistemas de lubricación. Son virtualmente poco peligrosos. Pueden ser mezclados con otros aceites y una gran variedad de aditivos para extender o modificar sus propiedades y pueden ser fabricados para producir las características físicas requeridas.

Introducción a los lubricantes y la lubricación ACEITES BASES Los aceites bases lubricantes son producidos a partir de la refinación del petróleo crudo y la mezcla con productos refinados. Los aceites crudos son mezclas complejas de compuestos químicos. Sus composiciones varían considerablemente dependiendo de sus orígenes. Como usted espera, las propiedades de aceites bases producidas de diferentes crudos varían también considerablemente. Combinando aceites bases en varias proporciones, es posible producir un gran número de mezclas con una gran variedad de viscosidades y propiedades químicas. Como las propiedades de un aceite base son principalmente una consecuencia de su composición química, vale la pena mirar un poco más de cerca los componentes de un aceite mineral. Todos los aceites minerales consisten principalmente de hidrocarburos, compuestos químicos formados por elementos de carbono e hidrógeno solamente. Hay tres tipos de básicos de hidrocarburos: Alcanos, cicloalcanos y aromáticos.

Alcanos Estos compuestos, anteriormente llamados parafinas, están conformados por cadenas rectas o ramificadas de átomos de carbono. Son muy estables al calor y a la oxidación. Tienen alto índice de viscosidad, pero relativamente malas propiedades de flujo a bajas temperaturas.


Módulo Uno Hidrocarburos: moléculas formadas de carbono e hidrógeno

Alcanos

Cicloalcanos

Aromáticos

Cicloalcanos (nafténicos) Los tipos de hidrocarburos más frecuentemente encontrados en los aceites lubricantes, son los cicloalcanos (anteriormente llamados nafténicos), tienen moléculas en las cuales algunos de sus átomos de carbono están configurados en anillos. Estos compuestos son menos estables que los alcanos y sus viscosidades son más sensibles a los cambios de temperatura. Sin embargo, tienen muy buenas propiedades de flujo a bajas temperaturas. Son igualmente buenos solventes y buenos lubricantes de capa límite, esto es, que son capaces de lubricar superficies que están en contacto bajo cargas pesadas.

Introducción a los lubricantes y la lubricación Aromáticos Como los cicloalcanos, los aromáticos contienen anillos de átomos de carbono. Sin embargo, tienen una baja proporción de hidrógeno. Los aromáticos son buenos solventes y buenos lubricantes de capa límite, pero tienen pobres características de viscosidad y son más fácilmente oxidados para crear ácidos y lodos. Además de su contenido de hidrocarburos, los aceites minerales pueden tener pequeñas cantidades de compuestos tales como oxígeno, nitrógeno y azufre. Muchos de estos compuestos no son estables al calor y a la oxidación y pueden promover la formación de lacas, barniz y otros depósitos.


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Introducción a los lubricantes y la lubricación LA FABRICACION DE ACEITES LUBRICANTES a fabricación de aceites lubricantes es un com plejo proceso multi-etapas. Algunos de los pasos importantes los resaltamos aquí.

L

El primer paso de la mayoría de los procesos de refinación es la destilación atmosférica en la cual el petróleo crudo es calentado en una caldera a 400°C. Una mezcla de gases y líquidos es producida, la cual pasa a una torre de fraccionamiento o condensadora. Algunos gases pasan sin condensar, pero los restantes se condensan en la columna, líquidos de diferentes puntos de ebullición son recolectados a diferentes alturas, de donde pueden ser extraídos. Estos son los materiales iniciales para la fabricación de una variedad de combustibles. El residuo líquido de la primera destilación, el cual se recupera en el fondo de la columna, es material bruto para la fabricación de aceites lubricantes. Este, es sometido a una segunda destilación, otra vez bajo presión reducida (destilación al vacío), y separado en otras fracciones. La fracción más volátil es usada como combustible, el residuo es usado para la producción de aceites pesados y productos asfálticos, mientras que las fracciones intermedias proveen el aceite base para la fabricación de aceites lubricantes. Hasta cuatro fracciones de aceites bases lubricantes son producidas y cada una sufre un tratamiento posterior.


Módulo Uno La fracción menos volátil, llamada aceite residual, contiene grandes cantidades de compuestos que poseen oxígeno, nitrógeno y azufre. Estos, llamados asfaltenos, son removidos mediante un proceso de desasfaltación. El propano es mezclado con el aceite y disuelve la mayoría, pero no todos los asfaltenos, los cuales pueden ser separados posteriormente. El aceite residual y otras fracciones son luego tratadas mediante extracción con solventes. En esta operación el aceite base es mezclado con solvente que disuelve la mayoría de los aromáticos y algunos son compuestos indeseables. Los alcanos y cicloalcanos no son disueltos y pueden ser separados. El producto en esta etapa es algunas veces llamado refinado. El aceite resultante tiene un índice de viscosidad mayor y mejor estabilidad a la oxidación que el aceite original.



Módulo Uno La producción de un aceite base satisfactorio es generalmente una cuestión de compromiso. Por ejemplo, donde se requiere un aceite de alto índice de viscosidad, una mezcla que contenga alta proporción de alcanos puede parecer la mejor selección. Esto sin embargo, hará que probablemente tenga pobres características para el flujo a bajas temperaturas y por lo tanto será inadecuado para utilizarlo en estas condiciones de operación. Por otro lado, una mezcla que contenga una alta proporción de cicloalcanos y fluya en frío, tendrá bajo índice de viscosidad. Donde sea importante alto índice de viscosidad y flujo a baja temperatura, será necesario balancear el contenido de alcanos y cicloalcanos, cuidadosamente y producir una mezcla que provea la solución óptima a los requerimientos críticos. Un compromiso similar tiene que ser hecho sobre el contenido de aromáticos del aceite base. Incrementando la proporción de aromáticos, se mejora la solvencia y las propiedades de lubricación de capa límite. Sin embargo, un alto contenido de aromáticos disminuye el índice de viscosidad y reduce más significativamente la estabilidad a la oxidación. Nuevamente, los métodos de refinación y mezcla serán escogidos para dar las óptimas cualidades para la aplicación en particular.

Introducción a los lubricantes y la lubricación LA FABRICACION DE ACEITES LUBRICANTES (continuación) paso es el desparafinado en el cual E lelsiguiente alto punto de fusión de los alcanos es re-

movido y las propiedades de flujo a baja temperatura son mejoradas. En la técnica convencional de desarrollo con solventes, el aceite base es mezclado con un solvente adecuado y enfriado. La parafina se solidifica y es separada y el aceite es filtrado. La técnica de desparafinado catalítico, el cual logra el mismo objetivo pero de forma diferente, puede ser utilizado como alternativa. En este proceso la estructura molecular de los alcanos de alto punto se fusión es alterado por un tratamiento con hidrógeno en presencia de un catalizador. Para ciertos tipos de aceites bases, el contenido de aromáticos y asfaltenos necesita ser reducido aún más. Esta limpieza es usualmente realizada mediante la hidrogenación, en el cual el aceite es tratado bajo presión con hidrógeno en presencia de un catalizador. El aceite base refinado está ya listo para mezclarse con otros aceites bases y reforzarse con aditivos para la producción de lubricantes terminados.


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Introducción a los lubricantes y la lubricación ADITIVOS Las maquinarias modernas tienen alta demanda de lubricantes. Con el objeto de cumplir con estas demandas la mayoría de los lubricantes industriales contienen aditivos bases o confieren propiedades adicionales. Hay muchos tipos de aditivos, algunos de los cuales pueden cumplir varias funciones. La combinación de aditivos en un lubricante depende del uso que se vaya a dar al mismo. Es conveniente dividir los aditivos en tres categorías: Aditivos que modifican el desempeño del lubricante. Aquí se incluyen los mejoradores de índice de viscosidad y los depresores del punto de fluidez. Aditivos que protegen el lubricante. Comprenden los agentes antioxidantes y antiespumantes. Aditivos que protegen la superficie lubricada. A este grupo pertenecen los inhibidores de corrosión, los inhibidores de herrumbre, los detergentes, dispersantes y aditivos antidesgaste.


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Aditivos que modifican el desempeño de un lubricante

200 Viscosidad cinemática cSt

Mejoradores de índice de viscosidad son agregados a los aceites bases para reducir los cambios de viscosidad con la temperatura. Son útiles donde un lubricante tiene que desempeñarse satisfactoriamente sobre un rango de temperaturas. Por ejemplo, los aceites de motor utilizados en climas fríos, deben ser lo suficientemente "delgados" para permitir que la máquina arranque fácilmente y lo suficientemente "gruesos" para lubricar eficientemente a las altas temperaturas generadas durante el trabajo del motor.

1000

Aceite mineral con mejorador de índice de viscosidad

50

10 Aceite mineral puro 3

La mayoría de los aceites multígrados son tratados con mejoradores de índice de viscosidad y son capaces de desempeñarse mejor en una mayor variedad de temperaturas que los aceites sin tratar. Depresores del punto de fluidez son utilizados para minimizar la tendencia del aceite mineral a congelarse o solidificarse cuando se enfría. Son aditivos necesarios para la mayoría de aceites operando a bajas condiciones de temperatura.

0

o

C

100

Temperaturas Bajo

oC

o

220

C

Según Grado

SAE W

Variación de la viscosidad con la temperatura

o

C


LOS ADITIVOS os mejoradores de índice de viscosidad son usualmente polímeros de largas cadenas tales como los polisobutilenos, polimetacrilatos y olefinas copolímeras. Todos estos incrementan la viscosidad de un aceite base. A bajas temperaturas las moléculas de polímeros tienden a enrollarse, pero a medida que la temperatura se incrementa se desenrollan. Este efecto tiende a restringir el movimiento de las moléculas de aceite, "espesando" el aceite y por tanto, actúa en contra de la disminución de la viscosidad del aceite base.

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Algunos tipos de mejoradores de índice de viscosidad también tienen propiedades dispersantes. La viscosidad de un aceite que contiene mejorador del índice de viscosidad depende de la velocidad a la cual se hace fluir. Puede disminuir dramáticamente si el aceite es cortado rápidamente como por ejemplo, en un cojinete de alta velocidad. Este efecto debe ser tenido en cuenta cuando se planea usar aceite multígrado La disminución de la viscosidad con la rata de corte puede ser temporal o permanente. Una pérdida temporal de viscosidad se desarrolla cuando altas ratas de corte fuerzan a las moléculas grandes de polímero a alinearse en la dirección del flujo.


Módulo Uno Más grave aún, una permanente pérdida de viscosidad puede ocurrir si la rata de corte es suficiente para romper las moléculas del polímero físicamente en pequeñas unidades. La oxidación del polímero puede también ocurrir y afectar adversamente su habilidad para adelgazar el aceite. Depresores de punto de fluidez, son usualmente polímeros de alto peso molecular compuestos, alquiloaromáticos de bajo peso molecular. con el objeto de entender como trabajan, es necesario apreciar que pasa con el punto de fluidez. Cuando un aceite mineral enfriado varias fracciones de parafina empiezan a cristalizarse. Los cristales de parafina forman cadenas de láminas y agujas, el cual atrapa el líquido remanente y dificulta el flujo. Los depresores del punto de fluidez se cree que actúan formando una película sobre los cristales de parafina. Esto no evita que se cristalicen pero si evita que se junten para formar una red tridimensional. Las propiedades para el flujo a baja temperatura son entonces mejoradas. Moléculas de Polímero

Incremento de la temperatura

Aceite asociado con Polímeros

Introducción a los lubricantes y la lubricación Aditivos que protegen el lubricante Antioxidantes mejoran la estabilidad a la oxidación del lubricante y son particularmente importantes en aceites que se calientan durante su operación. Son ampliamente usados; virtualmente todos los aceites que contienen aditivos contienen algún antioxidante. Cuando un aceite mineral es expuesto al oxígeno del aire, éste reacciona formando ácidos orgánicos, lacas adhesivas y lodos. Los ácidos pueden causar corrosión, las lacas pueden ocasionar que las partes móviles se adhieran una contra la otra, y los lodos espesan el aceite y pueden taponar orificios, tuberías, filtros y otros componentes del sistema de lubricación. Las reacciones de oxidación dependen de la cantidad de oxígeno que entra en contacto con el aceite. Eso tiene lugar más rápidamente a altas temperaturas y son también promovidas por la humedad y otros contaminantes presentes en al aceite tales como el polvo, partículas de metal, herrumbre y otros productos de la corrosión. Los antioxidantes bloquean las reacciones de oxidación y disminuyen el deterioro de un lubricante. Tienen una acción específica la cual continúa mientras esté presente en el aceite, aún en pequeñas concentraciones. Pero una vez haya terminado, el aceite empieza a oxidarse rápidamente. Por lo tanto es esencial que un aceite sea cambiado antes que sus propiedades antioxidantes se terminen.


Módulo Uno Agentes antiespuma previenen la formación de espumas en el aceite, los lubricantes altamente refinados usualmente no forman espuma. Sin embargo, ésta no se puede desarrollar en presencia de ciertos contaminantes, especialmente en máquinas donde hay exceso de batido y agitación. La espuma incrementa la exposición de un aceite al aire y promueve la oxidación. También puede causar que se pierda aceite del sistema a través de los ductos de venteo y más seriamente reduce la eficiencia en lubricación ya que una película de espuma es un lubricante menos efectiva que una capa continua de aceite. La espuma en fluidos hidráulicos, incrementa la compresibilidad, reduciendo así su capacidad para transmitir potencia eficiente.



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Más acerca de

LOS ADITIVOS ntioxidantes son de dos tipos; para entender como funcionan necesitamos conocer un poco acerca del mecanismo de las reacciones en las cuales los aceites son oxidados. En estas reacciones, la oxidación inicialmente conduce a la formación de compuestos conocidos como peróxidos orgánicos. Estos reaccionan con otras moléculas de hidrocarburos para oxidarlas y producir más peróxidos. Por lo tanto, la reacción en cadena continúa estrictamente; particularmente cuando hay metales presentes para actuar como catalizadores.

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Aceite + Oxígeno

Aceite + Oxígeno en presencia de metales

Productos Orgánicos + Peróxidos Organicos La oxidación del aceite

Un tipo de antioxidante, los destructores de peróxido, reaccionan preferencialmente con los peróxidos orgánicos interrumpiendo así la reacción en cadena que se hubiera podido iniciar. Estos compuestos son generalmente fenoles o aminas. El segundo tipo de oxidantes, los desactivadores metálicos, reaccionan con las superficies y con las partículas de metal en el aceite para bloquear su efecto catalítico. Los desactivadores metálicos son usualmente compuestos orgánicos solubles que contienen azufre o fósforo. Los agentes antiespuma, son usualmente compuestos de silicona tales como el dimetil silicona. Ellos reducen la tensión interfacial del aceite de tal forma que las burbujas de aceite se rompen tan pronto como son formadas y por lo tanto no se tiene formación de espuma.

Peróxidos orgánicos

Destructores de peróxidos bloquean la reacción aquí

Aceite + Oxígeno Metales deactivadores bloquean la reacción aqui

Peróxidos orgánicos Aceite + Oxígeno en presemcia de metales

Productos Orgánicos + Peróxidos Organicos Reacción de anti-oxidantes

Introducción a los lubricantes y la lubricación Aditivos que protegen la superficie lubricada Los inhibidores de corrosión protegen las superficies del ataque químico ejercido por los ácidos (corrosión), que se encuentran como contaminantes en el lubricante y provienen principalmente de la oxidación del aceite y de los combustibles quemados en los motores de combustión interna. Los inhibidores de corrosión son usualmente componentes fuertemente básicos solubles en aceite, los cuales reaccionan con los ácidos neutralizándolos. Inhibidore de herrumbre son inhibidores de corrosión especialmente diseñados para inhibir la acción del agua en metales ferrosos. Son necesarios en aceites de turbinas y aceites hidráulicos ya que estos tipos de aceite se contaminan inevitablemente con agua. Detergentes son aplicados a los aceites de motor para cumplir las siguientes funciones: Reducir la formación de depósitos de carbón y lacas de altas temperaturas, evitar el pegamiento del anillo del pistón y proveer una reserva de basicidad para neutralizar los ácidos formados durante la combustión. También deben tener propiedades antioxidantes y antiherrumbre. Dispersantes son agregados a los aceites para mantener en suspensión cualquier contaminante, tales como, hollín y productos de degradación.


Módulo Uno Por lo tanto inhiben la formulación de conglomerados de partículas que puedan bloquear los conductos y los filtros, además evitan que sean depositados sobre las superficies donde pueden inferir con la lubricación y la transferencia de calor. Agentes antidesgaste son necesarios cuando la lubricación hidrodinámica no puede ser mantenida y se presenta algún tipo de contacto metal-metal entre las superficies móviles. Es usual distinguir dos tipos de agentes antidesgaste: Aditivos antiabrasivos y aditivos de extrema presión. Los aditivos antiabrasivos son compuestos absorbidos por las superficies metálicas para formar una película protectora que previene el contacto directo metal-metal y reduce considerablemente la fricción y el desgaste. Los aditivos de extrema presión o EP son requeridos en situaciones de carga severa, cuando los aditivos antiabrasivos no son efectivos. Tales condiciones son frecuentemente encontradas en los dientes de los engranajes de acero-sobre-acero altamente cargados. Los aditivos EP son estables a las temperaturas que se generan, por ejemplo, cuando dos dientes se deslizan uno sobre el otro, se descomponen formando productos que reaccionan con el metal creando una película protectora de aceite.



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Más acerca de

LOS ADITIVOS os inhibidores de herrumbre son común mente ácidos orgánicos que se adhieren fuertemente a las superficies metálicas protegiéndolas de los ataques.

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Los aditivos detergentes consisten en moléculas de jabones orgánicos que rodean un corazón básico inorgánico. Las moléculas de jabón contribuyen a las propiedades de detergencia y antioxidantes de los aditivos, mientras que la basicidad contrarresta los productos ácidos de la combustión y controla el desarrollo de herrumbre en el motor. Los dispersantes son usualmente moléculas de cadenas largas las cuales tienen una "cabeza" hidrofílica (receptora de agua) y una cola hidrofóbica (repele el agua). Cola del Hidrocarburo

Moléculas de jabones

Base

Detergentes

Cabeza Iónica

La acción de los dispersantes

El extremo hidrofílico tiende a adherirse a las partículas sucias, dejando las colas hidrofóbicas extendidas hacia el aceite. Así se mantienen separadas las partículas contaminantes. Aditivos antiabrasivos, son químicos orgánicos de largas cadenas polares tales como alcoholes y ácidos grasos. Estos son absorbidos sobre las superficies metálicas para dar una capa delgada de moléculas en las cuales las cadenas de hidrocarburos están orientadas perpendicularmente a la superficie. Este arreglo provee una efectiva lubricación de capa límite cuando el espesor de la capa es reducido por una carga pesada. Aditivos de extrema presión son compuestos que contienen cloruros, azufre o fósforo. A temperaturas de 300°C o más (la cual se puede generar cuando un diente choca con otro), estos compuestos se deterioran y reaccionan para formar una película química.



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Formación de una capa orgánica sobre una superficie de hierro por adsorción de un compuesto antidesgaste

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Formación de una película química después de la reacción de un aditivo de EP con una superficie de hierro

Introducción a los lubricantes y la lubricación FORMULACION La mayoría de los lubricantes modernos consisten en una combinación de varios aceites bases y muchos aditivos. La mezcla o formulación de estos constituyentes para producir el mejor producto para una aplicación específica, puede ser una tarea complicada. Es casi siempre necesario comprometer los requerimientos críticos de desempeño, la compatibilidad y los costos. Ya hemos visto cómo la mezcla de los aceites bases involucran el balanceo de su contenido de alcanos y cicloalcanos con el flujo óptimo, la solvencia y propiedades lubricantes. Un balance similar es requerido cuando se mezclan aditivos. Cada aditivo debe ser compatible con los otros ingredientes de la formulación, de otra manera será inevitablemente no efectivo. La compatibilidad completa puede ser difícil de lograr. Además es obviamente importante desde el punto de vista comercial minimizar los costos del proceso de formulación y del producto final. Una vez una formulación ha sido desarrollada, es esencial, averiguar si trabajará bien y seguramente en la aplicación para la cual fue diseñada. Medidas de las propiedades físicas (tales como al viscosidad y el índice de viscosidad) y de las propiedades químicas (tales como acidez y la estabilidad térmica) pueden dar una guía sobre esto. Sin embargo, si el lubricante o la aplicación a la cual se dirige, es totalmente inusual, es necesario realizar una prueba de desempeño.


Módulo Uno En una prueba de desempeño, se simulan las condiciones bajo las cuales el lubricante se espera que opere. La prueba puede usar el equipo de servicio bajo condiciones reales o mas probablemente, llevarse acabo en diseños especiales de laboratorio. Cualquiera que sea el método usado, la evaluación de los resultados deberá involucrar el desarme del equipo y examinar de cerca las piezas al igual que un análisis detallado de las condiciones del lubricante durante y después de la prueba. Algunas de las investigaciones que se han llevado acabo más comúnmente son descritas en la siguiente sección.

Formulación - algunas preguntas deben ser contestadas Desempeño Que tan bueno, es suficientemente bueno ? Es este producto para uso general ? Hay requerimientos especiales ? Que compromisos pueden ser hechos ? Compatibilidad Las propiedades de cualquier aditivo: Aumentan unas con otras ? Se anulan entre si ? Es la formación estable ? En uso ? En almacenaje ? Costos: Cuanto costará la formulación: En desarrollarla ? En probarla ? En hacerla ? Cuanto pagará el usuario: Por un producto adecuado ? Por un producto que excede especificaciones ?

Introducción a los lubricantes y la lubricación El desarrollo de una formulación de un lubricante típico puede requerir un número de pruebas diferentes, cualquiera de las cuales pude sugerir la necesidad de reformular el producto y llevar acabo más pruebas. Un proyecto de formulación completa puede tomar un año o más y los costos pueden subir de un cuarto de millón de libras esterlinas. No hay muchas compañías que tengan la habilidad y los recursos necesarios para llevar acabo este tipo de programas. Cada lubricante con marca "Internacional Shell" tiene una formulación que ha sido desarrollada y probada de esta forma. Nuestros clientes pueden estar seguros que nuestros productos harán el trabajo para el que fueron diseñados, eficiente, rentable y confiablemente.


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Introducción a los lubricantes y la lubricación RESUMEN DE LA SECCION TRES La mayoría de los aceites son hechos de aceites minerales e incluyen aditivos para modificar las propiedades de los aceite bases. Los aceites minerales son particularmente adecuados para usarlos como lubricantes por sus características de viscosidad, su habilidad para transferir calor eficientemente y su habilidad para proteger contra corrosión. Los aceites minerales también tienen la ventaja de ser económicos, fácilmente accequibles, compatibles con la mayoría de los materiales, virtualmente seguros, usualmente miscibles con otros aceites y aditivos y pueden ser fabricados para ser consistentes con estándares de calidad y desempeño. Los aceites minerales son derivados del petróleo crudo. Están fundamentalmente compuestos por hidrocarburos de los cuales hay tres tipos básicos: Alcanos, cicloalcanos y aromáticos. Los lubricantes con alto contenido de alcanos son muy estables al calor y la oxidación y tienen alto índice de viscosidad. Los lubricantes con alto contenido de cicloalcanos son menos estables y tienen un bajo índice de viscosidad pero tienen buenas propiedades de flujo a bajas temperaturas.


Módulo Uno Los aceites y extractos con un alto contenido de aromáticos, son fácilmente oxidados y tienen pobres características de viscosidad Los aditivos son adicionados a los aceites lubricantes para modificar sus propiedades. Los aditivos que modifican el desempeño de los lubricantes incluyen mejoradores de índice de viscosidad y depresores del punto de fluidez. Los aditivos que protegen al lubricante de tal forma que pueden continuar desempeñando sus funciones incluyen los antioxidantes y los agentes antiespuma. Los aditivos que protegen la superficie lubricada incluyen los inhibidores de corrosión, los inhibidores de herrumbre, detergentes, dispersantes, aditivos antiabrasivos y aditivos de extrema presión. La formulación de un lubricante involucra consideraciones de desempeño, compatibilidad y costos. Pruebas de desempeño son esenciales para la evaluación de los nuevos lubricantes o lubricantes existentes en nuevas aplicaciones.



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Sección Cuatro EL LUBRICANTE ADECUADO PARA EL TRABAJO La sección final de este módulo estudia dos temas importantes. Primero examinaremos los principios involucrados en la escogencia de el lubricante adecuado para una aplicación en particular. Luego miramos las pruebas que deben realizarse para evaluar el desempeño de un lubricante y asegurar que continúa haciendo el trabajo esperado. Cuando usted haya estudiado la información clave de esta sección será capaz de: Enumerar las preguntas más importantes a ser resueltas cuando se selecciona un lubricante y explicar su significado. Resumir los pasos a seguir en la práctica cuando se recomienda un lubricante Shell, cuando se conoce dónde se va a utilizar, ó cuando es una alternativa a un producto existente. Mencionar ocho pruebas utilizadas para monitorear el desempeño de un lubricante y resumir su relevancia.

Si estudia la información complementaria usted será capaz de: Indicar los rangos de viscosidad de los aceites usados en aplicaciones típicas. Explicar como se selecciona en la práctica la viscosidad óptima y el grado de viscosidad de un aceite. Revisar las propiedades y la composición requerida de los lubricantes usados para cojinetes, engranajes, sistemas hidráulicos y motores de combustión interna. Describir los principios detrás de las pruebas usadas para monitorear un lubricante.

Introducción a los lubricantes y la lubricación LA SELECCION DE LOS LUBRICANTES Principios Varios factores deben ser tenidos en cuenta cuando se escoge un lubricante. Los más importantes son la aplicación específica, las condiciones de operación y los costos. Con estos factores en mente, el lubricante adecuado puede, en principio, ser escogido con la siguiente ayuda de la siguiente lista de chequeo: 1. Cuál es la viscosidad más adecuada a la temperatura de operación? Hasta donde concierne a la lubricación actual la propiedad más importante de un lubricante es la viscosidad (o, en el caso de una grasa, su consistencia). La mejor viscosidad para una aplicación en particular puede ser determinada mediante cálculos, pero la experiencia práctica algunas veces proporciona una guía útil. Muchos parámetros de diseño influyen en la escogencia final, pero el objetivo usual es seleccionar un lubricante con la mínima viscosidad capaz de soportar la carga aplicada, minimizando así el consumo de energía. Es importante recordar qué es la viscosidad a la temperatura de operación. Por ejemplo, suponga que la lubricación más eficiente de un cojinete simple requiere de un aceite con una viscosidad de 10 cSt. Si el cojinete va a trabajar a 100°C, el aceite debe tener una viscosidad de 10 cSt a 100°C. Si por otro lado, el cojinete va a trabajar a -30°C, el aceite debe


Módulo Uno tener una viscosidad de 10 cSt a -30°C. Dos aceites muy diferentes son requeridos. Sus viscosidades a temperatura ambiente sería cerca de 300 cSt y 2 cSt respectivamente. 2. Cúal es el índice de viscosidad necesario? Es esencial seleccionar un aceite con adecuado índice de viscosidad. Aunque la viscosidad a la temperatura normal de trabajo es críticamente importante, el lubricante también debe ser capaz de hacer su trabajo sobre un rango de temperatura que oscile entre la temperatura fría inicial hasta la temperatura más caliente de operación. No debe ser tan espeso a bajas temperaturas que la máquina no pueda ser arrancada, ni tan delgado a alta temperatura que sea incapaz de proveer una película de lubricación adecuada. 3. Qué grado SAE ó ISO de viscosidad de aceite es requerida? Habiendo decidido sobre la viscosidad y el índice de viscosidad, se determina el grado de viscosidad del lubricante requerido. Esto implica, llevar a una temperatura estándar de referencia la viscosidad que se tiene a la temperatura de operación y se puede realizar usando las tablas y gráficas disponibles. El grado de viscosidad SAE o ISO puede ser entonces seleccionado. Algunas máquinas contienen diferentes componentes a lubricar, por ejemplo, las cajas de engranajes contienen engranajes y cojinetes.

Introducción a los lubricantes y la lubricación Algunos sistemas usan lubricantes para más de una función, por ejemplo, los sistemas hidráulicos utilizan lubricantes para lubricación y para transmitir potencia. En aplicaciones tales como éstas, puede ser posible comprometerse con el grado de viscosidad escogido, de tal forma que el mismo aceite puede ser usado para todos los propósitos. En la práctica una variación de 30 a 50 % de la viscosidad ideal es usualmente posible. Así, un aceite con grado de viscosidad ISO 68 puede ser usado para cubrir el rango de viscosidades entre ISO VG 46 a ISO VG 100. 4. Cuales aditivos son necesarios? Los aceites lubricantes se deterioran durante su uso por diferentes razones. Por lo tanto la mayoría de los lubricantes contienen aditivos para combatir el deterioro y extender la vida útil de el aceite. Los aditivos son también para mejorar las propiedades particulares de un aceite. Muchos aceites contienen antioxidantes, dispersantes e inhibidores de corrosión. Otros aditivos, tales como mejoradores de índice de viscosidad, depresores de punto de fluidez, agentes antiespuma y aditivos antidesgaste, pueden ser requeridos dependiendo de la aplicación. En comparación a los costos del aceite base, los aditivos son unos ingredientes costosos. Por lo tanto, solamente se agregan a los lubricantes si su inclusión puede ser justificada sobre la base del mejoramiento del desempeño y de la economía en su uso.


Módulo Uno 5. Qué factores de costos necesitan tenerse en cuenta? El precio de un lubricante es claramente un factor importante, pero el precio solo no debe ser determinante para la selección de un aceite. Los sistemas de lubricación de las máquinas modernas son usualmente diseñados para que una gama amplia de lubricantes puedan ser usados en ellos. Es muy fácil seleccionar él lubricante más barato que parece hacer él trabajo requerido en una aplicación dada. Sin embargo es necesario, asegurarse que él aceite continuará lubricando eficientemente por un período largo de tiempo. Un aceite debe juzgarse en términos costos totales de operación y mantenimiento de la maquinaria por largos períodos de tiempo. Así la lubricación con un aceite barato que tiene que ser cambiado a intervalos frecuentes puede pronto volverse más costoso que usar el aceite de precio elevado con una larga vida de servicio. Más serio aún, usar un aceite barato puede conducir a fallas mecánicas que podrían costar mucho más que el costo adicional de un lubricante de mayor valor.

La lubricación de un equipo específico En los módulos subsiguientes de este programa estaremos estudiando en detalle los lubricantes utilizados para propósitos específicos describiendo qué deben hacer estos lubricantes y qué propiedades deben tener. En la siguiente página sé describen brevemente los requerimientos de lubricación de algunas aplicaciones comunes con él fin de resaltar los principios anteriores.



Módulo Uno

Más acerca de

ESCOGER EL ACEITE ADECUADO

Rango de viscosidad (cSt) a la temperatura global de operación

Aplicación

Aceite de motor Aceites de turbina Aceites para compresores Aceites hidráulicos Aceite para cojinete de bolas Aceite para cojinete de rodillos Aceite para engranajes

10 - 50 10 - 50 10 - 50 20 - 100 10 - 300 20 - 1500 15 - 1500

Algunos de estos tipos de aceite tienen un rango amplio de viscosidades. En general, se prefieren menores viscosidades a altas velocidades, bajas cargas y en sistemas cerrados con circulación total de aceite.

Una gráfica típica para determinación del grado de viscosidad ISO a 40°C del lubricante requerido se reproduce abajo: Viscosidad cinemática en Centistokes

as vicosidades de los aceites en servicio para variedad de aplicaciones típicas se reúnen en la siguiente tabla:

L

ISO 10 ISO 5

20 50 100

Rango óptimo de viscosidad

1000

ISO 100 ISO 68

200,000

Viscosidad deseable

ISO 46

0.05

0.1

0.2

0.5

1.0

2.0

5.0

10.0

20.0

50.0

Termperatura °C

Se han diseñado y publicado guías para ayudar a la selección de la viscosidad óptima en ampliaciones particulares. Se ilustran algunos ejemplos típicos.

1000 Disminución del diámetro

20,000 10,000 5,000 2000 1000 500 200 100 2

10

mm

diá 20 me mm tro .

50 mm 1 . 20 00 m 0 mm m. .

5

10

20

50 100 200

500

Viscosidad a la temperatura de operación (cSt)

Viscosidad a la temperatura de operación (°C )

50,000

Velocidad (rpm)

ISO 32

ISO 22

3.0

Incremento 500 de la carga 200 100 50 20 10 5 2 1 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0 2.0

5.0 10.0 20.0

Velocidad en la línea pitch (m/s)

50.0


LA LUBRICACION DE UN EQUIPO ESPECIFICO La lubricación de cojinetes En cojinetes planos la función principal de un lubricante es reducir la fricción y actuar como refrigerante. Un aceite mineral simple es en general, completamente satisfactorio para estos propósitos. La adición de los antioxidantes e inhibidores de corrosión puede ser benéfica en condiciones más exigentes. La selección de el aceite está determinada por la viscosidad, a no ser que él cojinete opere en un rango amplio de temperaturas. El índice de viscosidad entonces sé vuelve en un factor importante. Los aceites y grasas pueden ser usadas para lubricar cojinetes de rodillos. La grasa tiene la ventaja de proveer sellado efectivo contra la pérdida de lubricante y la entrada de contaminantes. Sin embargo, el aceite es una mejor selección para cojinetes que operan a altas temperaturas y altas velocidades. La lubricación de los engranajes Los engranajes abiertos son usualmente lubricados con aceites. Para asegurar que los aceites no se salgan a altas velocidades, se utilizan lubricantes viscosos conteniendo aditivos adherentes. Las grasas también pueden ser usadas.


Módulo Uno Los engranajes cerrados son generalmente lubricados con aceite. Siempre están soportados por cojinetes de tal forma que él lubricante debe ser adecuado tanto para engranajes como para cojinetes. Aceites minerales sin aditivos son satisfactorios para muchas situaciones. A altas velocidades, los aceites con bajas viscosidades conteniendo antioxidantes y agentes antiespuma pueden ser requeridos. Lubricantes para engranajes con más carga deben contener aditivos de extrema presión. Los aceites que contienen aditivos de extrema presión (EP) son utilizados para engranajes trabajando bajo las cargas más pesadas, particularmente si sé espera tener cargas de choque. Aceites hidráulicos El aceite en sistemas hidráulicos, es usado tanto para la lubricación como para la transmisión de potencia. Debe ser lo suficientemente viscoso para lubricar las partes móviles eficientemente, pero lo suficientemente delgado para actuar como un refrigerante eficiente. Debe tener también buenas propiedades de liberación de aire y resistencia a la espuma, de no ser así, la compresibilidad del aceite se incrementaría y afectaría su habilidad para actuar como un medio hidráulico. Una buena separación de agua o demulsibilidad, es otra propiedad para limitar él daño causado a las válvulas, bombas y cojinetes por él agua. Aceites minerales altamente refinados satisfacen todos estos requerimientos. Con el objeto de evitar

Introducción a los lubricantes y la lubricación corrosión interna, antioxidantes e inhibidores de corrosión, son generalmente adicionados a los aceites minerales usados en sistemas hidráulicos, junto con los aditivos antidesgaste. Aceites para motores de combustión interna Los aceites para motores de combustión interna son diseñados para que lubriquen, refrigeren, protejan contra la corrosión, mantengan la limpieza y ayuden al sello de los anillos del pistón en él rango de temperaturas de operación. Los aceites multígrados para motores son formulados con una proporción sustancial de aditivos que incluyen: Mejoradores de índice de viscosidad para reducir él adelgazamiento del aceite a altas temperaturas, depresores del punto de fluidez para facilitar él arranque en ambientes fríos, antioxidantes para prevenir la oxidación y la formación de lodos, agentes antiespuma para prevenir la formación de espuma a medida que él aceite circula por el motor, inhibidores de corrosión para neutralizar los ácidos formados durante la combustión, inhibidores de herrumbre para proteger las superficies lubricadas, detergentes y dispersantes para controlar la formación de depósitos, suspender los contaminantes productos de la combustión y por lo tanto evitar él bloqueo de los conductos y los filtros, y aditivos antidesgaste para mejorar las propiedades de la lubricación de capa límite.


Módulo Uno



Módulo Uno

COMPARACION DE CLASIFICACIONES DE ACEITES POR VISCOSIDAD

NOTA: Las comparaciones deben hacerse dentro de la franja del mismo color. En caso de hacer comparaciones de una franja a otra, debe cumplirse el requisito de que el KVI esté entre 90 y 100. Este gráfico únicamente compara viscosidades.



Módulo Uno

CONVERSION DE UNIDADES DE VISCOSIDAD cSt Centistokes

SUS

REDWOOD

GRADOS ENGLER

cSt Centistokes

SUS

REDWOOD

GRADOS ENGLER

1.8 2.7 4.2 5.8 7.4 8.9

32 35 40 45 50 55

30.8 32.2 36.2 40.6 44.9 49.1

1.14 1.18 1.32 1.46 1.60 1.75

102.2 107.6 118.4 129.2 140.3

475 500 550 600 650

419 441 485 529 573

13.5 14.2 15.6 17.0 18.5

10.3 11.7 13.0 14.3 15.6

60 65 70 75 80

53.5 57.9 62.3 67.6 71.0

2.55 2.68 2.81 2.95 3.21

151 162 173 183 194

700 750 800 850 900

617 661 705 749 793

19.9 21.3 22.7 24.2 25.6

16.8 18.1 19.2 20.4 22.8

85 90 95 100 110

75.1 79.6 84.2 88.4 97.1

2.55 2.68 2.81 2.95 3.21

205 215 259 302 345

950 1,000 1,200 1,400 1,600

837 882 1,058 1,234 1,411

27.0 28.4 34.1 39.8 45.5

25.0 27.4 29.6 31.8 34.0

120 130 140 150 160

105.9 114.8 123.6 132.4 141.1

3.49 3.77 4.04 4.32 4.59

388 432 541 650 758

1,800 2,000 2,500 3,000 3,500

1,587 1,763 2,204 2,646 3,087

51 57 71 85 99

36.0 38.4 40.6 42.8 47.2

170 180 190 200 220

150.0 158.8 167.5 176.4 194.0

4.88 5.15 5.44 5.72 6.28

886 974 1,082 1,190 1,300

4,000 4,500 5,000 5,500 6,000

3,526 3,967 4,408 4,849 5,290

114 128 142 158 170

51.6 55.9 60.2 64.5 69.9

240 260 280 300 325

212 229 247 265 287

6.85 7.38 7.95 8.51 9.24

1,405 1,515 1,625 1,730 1,840

6,500 7,000 7,500 8,000 8,500

5,730 6,171 6,612 7,053 7,494

185 199 213 227 242

75.3 80.7 86.1 91.5 96.8

350 375 400 425 450

309 331 353 375 397

9.95 10.7 11.4 12.1 12.8

1,950 2,055 2,165

9,000 9,500 10,000

7,934 8,375 8,816

256 270 284

*Esta tabla compara viscosidades a la misma temperatura.

Introducción a los lubricantes y la lubricación RECOMENDACIONES DE LOS FABRICANTES En la práctica, los fabricantes de todo tipo de plantas y equipos normalmente especifican las propiedades y los estándares de desempeño requeridos de los lubricantes adecuados para los equipos. Una especificación típica puede determinar, por ejemplo, límites de viscosidad a una o más temperaturas, punto de fluidez, punto de chispa y propiedades de prevención de corrosión, junto con una indicación de los métodos de prueba usados para determinar estas características. Frecuentemente la especificación cubre hasta una recomendación para usar una marca o marcas de lubricantes. Donde se tengan las recomendaciones de los fabricantes, la selección de éstos deben estar siempre basados en ellos. Cuando no se tengan las recomendaciones de los fabricantes, el fabricante del lubricante, en conjunto con el del equipo sí es necesario, aconsejará al usuario, la marca más adecuada para aplicación específica. Sustituyendo un lubricante por otro El usuario del lubricante deseará saber si un producto alternativo puede reemplazar una marca en uso. Tal sustitución puede ayudar a reducir costos, mejorar la eficiencia o racionalizar el número de lubricantes usados. En situaciones como éstas, es preferible tratar de cambiar directamente a un lubricante que tenga especificación similar a la marca usada. Sin embargo, ese tipo de acción no


Módulo Uno puede ser tomada a la ligera. Es posible que la marca usada no sea la mejor para el trabajo y que pueda haber un mejor lubricante para la aplicación particular que el producto directamente comparado Cuando se planee sustituir un lubricante por otro, es esencial considerar la aplicación específica en la cual se va a emplear. En la gran mayoría de los casos, una recomendación confiable sé puede realizar basada en los requerimientos especificados por él fabricante. En aquellas instancias donde la información no es disponible, las recomendaciones deben estar basadas en una consideración de las propiedades requeridas por él lubricante para las condiciones bajo las cuales tiene que funcionar. Puede ser necesario buscar asistencia técnica.

Introducción a los lubricantes y la lubricación Es una buena práctica tomar muestras períodicas del lubricante usado y las pruebas así efectuadas son conocidas como monitoreo de lubricantes, el cual revela información acerca de la condición del aceite y del estado de la maquinaria. Algunas de las pruebas usadas son muy simples y pueden ser fácilmente aplicadas a los sistemas más pequeños. Otras son más sofisticadas y tienden a ser usadas solamente para monitorear máquinas más grandes. Algunas de las pruebas más comúnmente usadas, y la información que puede ser obtenida de ellas son revisadas en seguida. Apariencia La apariencia de un aceite puede revelar mucho acerca de su condición. El oscurecimiento, espesamiento y la presencia de lodo y partículas de hollín, implican sobrecalentamiento y oxidación. El agua puede afectar la apariencia del aceite, sugiriendo que la condensación o una fuga de agua está ocurriendo en alguna parte del sistema. Ripios de desgaste se encuentran frecuentemente durante la iniciación de un motor nuevo, sin embargo, si se ve en un sistema viejo, puede indicar que un desgaste serio está teniendo lugar.

Viscosidad

Cuando se revisa la viscosidad de un aceite usado, una muestra de aceite es comparado con una muestra del mismo aceite sin usar.

Módulo Uno Cualquier espesamiento de él aceite puede ser causado por la oxidación, por contaminantes sólidos, o por otros factores. Por otro lado, él adelgazamiento de un aceite de motor sugiere dilución de combustible sin quemar. En algunos casos, puede ocurrir tanto adelgazamiento como espesamiento y la viscosidad parece normal. Viscosidad (cSt)

PROBANDO LOS LUBRICANTES


Tiempo de operación (horas)

Punto de chispa La presencia de solo una pequeña cantidad de combustible sin quemar en un aceite para motor, producirá una marcada reducción en el punto de chispa. Otros contaminantes inflamables harán un efecto similar. El agua y los contaminantes no inflamables tienen un efecto diferente y puede ocultar el punto de chispa.

Introducción a los lubricantes y la lubricación MIDIENDO LA VISCOSIDAD

L

a viscosidad puede ser medida cualitativamente comparando él flujo de las muestras usadas y no usadas a través de un embudo pequeño. En la práctica la viscosidad de un líquido es usualmente medida más exactamente, tomando el tiempo del flujo a través de un tubo pequeño o capilar. Varios instrumentos conocidos como viscosímetros, han sido desarrollados para determinar la viscosidad en esta forma. Los resultados obtenidos son frecuentemente expresados como tiempos de flujo y están relacionados al instrumento particularmente usado, de tal forma que puede ser rápidamente convertido a centistokes usando tablas estándar. Un instrumento relativamente simple para medir la viscosidad es él Visgage. Este instrumento básicamente consiste en dos tubos de vidrio que contienen una esfera de metal. Un tubo contiene un aceite estándar de viscosidad conocida y otro es llenado con él aceite de prueba. Las viscosidades de los dos aceites son comparadas, inclinando el instrumento y permitiendo que las dos esferas caigan suavemente a través de los aceites. Cuando la esfera que lidere llegue primero al punto premarcado, él instrumento es llevado a la posición horizontal y la viscosidad del aceite bajo prueba puede ser leída en la escala opuesta a la posición de la otra esfera. El Visgage no es adecuado para medir la viscosidad de líquidos opacos, tales como aceites severamente contaminados u oxidados debido a


Módulo Uno que la esfera no puede ser vista a través del aceite oscuro. Esfera metálica

Aceite bajo Esfera metálica prueba

Aceite stándard

Escala de viscosidad

Marcos graduados

Sección capilar

Viscosímetro capilar suspendido

Introducción a los lubricantes y la lubricación Prueba de contaminación por agua La prueba más simple para agua involucra él calentamiento del lubricante por encima de 100°C. Si hay agua presente, hierve y causa que el agua crepite. Pruebas más precisas consisten en tratar el aceite con un químico que reacciona con el agua produciendo hidrógeno, o destilando el agua del aceite usado utilizando un sistema de solvente. Acidez y basicidad La acidez de un lubricante puede ser expresada en términos de su número ácido, la cantidad de álcali necesaria para neutralizarlo. Similarmente, la basicidad puede ser expresada en términos de número base, la cantidad de ácido necesaria para neutralizarlo. La oxidación de un aceite genera productos ácidos y la evaluación del número total ácido (TAN) da por lo tanto una indicación del deterioro del aceite en servicio. En motores diesel, la combustión del combustible libera componentes ácidos de azufre, los cuales pueden causar corrosión y oxidación del aceite del motor. Los aditivos detergentes proporcionan una reserva alcalina para neutralizar tales ácidos y la evaluación del número base total (TBN) da una importante información del grado de agotamiento de tales aditivos.


Módulo Uno Un aceite conteniendo contaminantes mostrará una mancha con gránulos, puntos café o negros o anillos. La apariencia en particular de la mancha depende de la cantidad o tipo de contaminantes. Espectroscopio infrarrojo Muchos productos de la oxidación contienen un grupo químico llamado el grupo carbonil, el cual absorbe la luz infrarroja de una longitud de onda característica. Esta propiedad puede ser usada para revisar la oxidación. Análisis espectrográficos El análisis espectrográfico del aceite (SOA) es una técnica sofisticada que permite que los elementos presentes en él aceite sean identificados y sus concentraciones sean determinadas. Puede ser usada para indicar las causas de la contaminación y el desgaste. Por ejemplo, la presencia de silicio sugiere que polvo a barro le están entrando al aceite; cobre, plomo y estaño están posiblemente asociados con desgaste de cojinetes.

Pruebas de manchas de aceite Una gota de aceite es colocada sobre una hoja de papel especial para manchado y se deja que se disperse. Un aceite nuevo dará una mancha transparente uniforme y amarillo pálido.

Algunos ejemplos de pruebas en papel secante.


EL ANALISIS ESPECTROGRAFICO DE ACEITES análisis espectrográfico de aceites está ba E lsado en el principio que cuando un químico

es calentado a una temperatura muy alta, éste emite luz. Las ondas de la luz que son emitidas dependen de la naturaleza de los átomos en el compuesto químico. Cada elemento emite un espectro característico con una determinada longitud de onda y la intensidad de la emisión es proporcional a la cantidad de elemento presente.

En los modernos equipos usados para ál análisis espectrográfico, el aceite es rociado dentro de un plasma de gas argón a alta temperatura. El aceite y cualquier elemento en él es vaporizado y emite su espectro característico. El espectro es analizado electrónicamente y una computadora imprime los detalles de los elementos presentes y sus concentraciones virtualmente espontáneas.


Módulo Uno

Introducción a los lubricantes y la lubricación RESUMEN DE LA SECCION CUATRO En principio la selección de un lubricante para una aplicación en particular puede estar basada en la siguiente lista de preguntas: 1. Cuál es la viscosidad más adecuada a la temperatura de operación? 2. Qué índice de viscosidad es necesario? 3. Cual es el grado ISO de viscosidad requerido (o SAE para uso automotriz)? 4. Qué aditivos son necesarios? 5. Qué factores de costos son necesarios considerar? En la práctica, la selección de un lubricante para una aplicación en particular está basada en las recomendaciones del fabricante del equipo en el cual el lubricante va a ser utilizado. Un lubricante no debe ser recomendado o sustituido por otro producto solo sobre la base que los dos lubricantes tienen propiedades y usos similares. Es esencial que el lubricante que sé recomienda sea adecuado para la aplicación en particular. Un número de pruebas pueden ser llevadas a cabo para monitorear él desempeño de los lubricantes. Estas evalúan tanto las condiciones del aceite como del equipo lubricado.


Módulo Uno Las pruebas de aceites más importantes utilizadas para monitorear lubricantes incluyen: Apariencia, viscosidad, punto de chispa, contaminación con agua, número base, pruebas de manchas, espectroscopio infrarrojo y análisis espectrográfico de aceite.


SECCION CINCO ALMACENAMIENTO, MANEJO Y USO DE LUBRICANTES Además de la correcta selección de los lubricantes, es necesario tener en cuenta algunos aspectos relacionados con su almacenamiento, manipulación, transporte en planta y aplicación.

Almacenamiento Preferiblemente en bodega o en un cuarto exclusivo para tal fin. El almacenamiento a la intemperie debe evitarse en lo posible, de lo contrario hacerlo sobre estructuras metálicas con los tambores en posición vertical pero con las tapas hacia abajo. Tambores en uso que no resulte viable su ubicación vertical (idem anterior) u horizontal, dejarlos en posición inclinada para evitar que la tapa quede sumergida en contaminantes acumulados. Una medida práctica es cubrir los tambores con plásticos o lonas impermeables, a manera de carpa. El cuarto de lubricantes debería quedar fuera del área física de proceso, pues la alta concentración de partículas del material en proceso son una fuente alta de contaminación.


Módulo Uno Revisar y limpiar diariamente el área alrededor de las tapas para reducir el riesgo de contaminación al abrir el tambor. Los tambores de aceite soluble y los de aceite dieléctrico deben ser obligatoriamente almacenados bajo techo, en sitios que no estén expuestos a fuertes cambios de temperatura. “La bodega de lubricantes debe ser de preferencia una construcción separada, resistente al fuego. Los tambores no se deben colocar sobre plataformas de madera, sino sobre piso de cemento, metal o cualquier otro material resistente al fuego. Los tambores, cubetas y otros depósitos deben tener las tapas, tapones o separadores cerrados todo el tiempo en que no estén en uso efectivo. Los depósitos vacíos siempre se deben mantener cerrados”. CONSEJO NACIONAL DE SEGURIDAD DE LOS ESTADOS UNIDOS

Introducción a los lubricantes y la lubricación Manejo de lubricantes El descargue de tambores debe hacerse empleando un medio mecánico que garantice seguridad al operario y evite daños al tambor. Ej: montacargas, elevadores mecánicos, plataformas hid. Para el transporte de un sitio a otro, debe contarse con una carretilla especial, como mínimo, o un montacargas. Evitar rodar el tambor, ya que se debilita su estructura y el peligro de “desgrafado” aumenta por los golpes fuertes al acostarlo y levantarlo.

Aplicación Recipientes para aplicación de lubricantes: Nunca se deben emplear recipientes galvanizados, porque algunos de los aditivos de los lubricantes pueden reaccionar con el zinc, formando jabones metálicos, espesando el aceite e incluso causando obstrucción de conductos de lubricación, boquillas inyectoras, etc. Utilizar Recipientes Shell Safe Oils® (Disponibles en presentaciones 5 litros) Pistolas engrasadoras: Mínimo una pistola por cada tipo de grasa. Los jabones metálicos (sodio, calcio, litio) son incompatibles entre sí.


Módulo Uno Bombas manuales para transvasar aceite: Vigilar que no se produzca contaminación de un aceite con otro por residuos en la bomba. Ej.: aceites hidráulicos .vs. aceites de motor Utilizar Recipientes Shell Safe Oils® Bombas neumáticas o eléctricas para grasa: Evitar la contaminación de la grasa residual que queda en el fondo del tambor, manteniéndolo herméticamente sellado, ya que puede v llegar a ser hasta un 10% del contenido.

Almacenamiento durante largos períodos de tiempo El almacenamiento prolongado deteriora las propiedades físico - químicas de los lubricantes; particularmente de las grasas. Las grasas que contienen jabón de sodio o calcio separan el aceite en un período de cuatro meses (de producida). Las grasas de litio permanecen estables hasta 12 meses después de su producción.

Introducción a los lubricantes y la lubricación CONTAMINACION ENTRE LUBRICANTES Es común este tipo de problema cuando se emplea un solo recipiente para varios aceites. Es más crítico cuando se mezclan aceites para aplicaciones automotrices con industriales. Extremo cuidado debe ser tenido para evitar la contaminación de un aceite para engranajes (ej: Omala, Spirax) con trazas de cualquier aditivo básico (ej: aditivo detergente a base de calcio, en el aceite de motor) ya que pueden tener un efecto negativo sobre las propiedades superficiales (espuma, atrapamiento de aire y demulsibilidad). Límite < 2 mg/kg (2ppm) Aunque la formulación de aceites hidráulicos contiene calcio, es importante evitar la contaminación con los aditivos del aceite de motor. Tal contaminación generalmente se reflejará en un aumento en el contenido de calcio (análisis de laboratorio), y puede conducir a precipitación de los aditivos del aceite hidráulico, reducción drástica de sus propiedades demulsificantes o antiemulsionantes, pérdida de filtrabilidad y taponamiento de filtros ultrafinos (formación de gel ~ lodos).


Módulo Uno El sobretratamiento de aditivo depresor del punto de fluidez en un hidráulico puede te ner un efecto adverso sobre la demulsibilidad y la filtrabilidad del producto terminado. La cantidad de aditivo dependerá de la base y el tipo de aditivo seleccionado.

Introducción a los lubricantes y la lubricación ASPECTOS DE SALUD OCUPACIONAL Las grasas tienen un grado de toxicidad bajo. Sin embargo, se recomienda retirarlas de la piel rápidamente, empleando jabón y agua caliente. En ningún caso usar disolventes como el kerosene, gasolina o varsol. El mayor riesgo de exposición ocurre con los aceites para el mecanizado de metales. Estos pueden producir dermatitis, acné, obstrucción de poros y remoción de los aceites naturales de la piel. Usar guantes (en lo posible), lavarse las manos con abundante agua caliente, evitar el uso de pastas abrasivas o desengrasantes en polvo, emplear jabones ligeramente ácidos, secar la piel con papel toalla desechable, etc. La ingestión de combustibles es irritante, lo cual origina náuseas y vómito. Las lesiones serias se originan por aspiración del líquido en los pulmones; y es por tal razón que no debe inducirse el vomito. Debido a la insolubilidad del combustible en el fluido pulmonar, y a su efecto irritante sobre la mucosa protectora, los pulmones reaccionan rápidamente “inundándose” con fluidos del cuerpo y originándose el ahogamiento de la víctima. Además, la irritación deja los pulmones de la víctima expuestos a la invasión de micro-organismos presentes en el cuerpo.


Módulo Uno Los aceites con viscosidades inferiores al grado ISO 22 presentan riesgos similares a los del combustible; por lo tanto, es necesario no inducirle el vómito a la víctima



Módulo Uno

SECCION SEIS GUIAS DEL USUARIO PARA IMPLEMENTAR UNA ADECUADA ADMINISTRACIÓN DE LA LUBRICACION Foco en “CAVEB”. - Características - Ventajas - Beneficios Los Beneficios son incrementados por las Ventajas de desempeño que proporcionan las Características del Producto. Ej. Shell Tellus.

Característica Mayor Nivel Desempeño Antidesgaste

Ventajas Equipo mejor protegido Vida mas larga Menos Mantenimiento Menos repuestos usados Menor lucro cesante Confiabilidad

Beneficios Reducción costos Reducción costos Reducción Costos Reducción Costos Tranquilidad Tranquilidad

“Todos los aceites nos son iguales - No existen Equivalentes para un producto ”

Introducción a los lubricantes y la lubricación Obtener la mejor selección de producto basado en datos: (Datos típicos de una auditoría completa Shell) Tipo de Equipo (Ej. Compresor de Tornillo ó de pistón, Turbina a gas ó a Vapor, etc..) Fabricante del Equipo (OEM)(Número del modelo, Año de fabricación.) Cantidad de Unidades de este Tipo Condiciones de Operación.(En términos de equipo y medio ambiente) Ciclo de Operación Chequeo aceite usado actualmente Disponibilidad del producto a seleccionar Verificación selección frente a manual del fabricante Nivel de consumos por período. Si es el caso revisión del tipo de combustible utilizado. Tipo de Combustible (MDO, GO,ACPM) Contenido de Azufre Niveles de limpieza según códigos (NAS 1638, SAE 749, códigos ISO 4406)


Módulo Uno



Módulo Uno

ANALISIS COSTO BENEFICIO PREVIOS A LA SELECCION

Refrigeración plantas nucleares ( Esteres polifenílicos),

Aceites sintéticos: Realmente existen pocas aplicaciones que los necesiten:

Aceites Dieléctricos (Es. Siliconados)

Compresores de Pistón con relación por etapa > 10 Cajas de reductores con temperatura aceite > 70°C Compresores de gases solventes y ó reactivos Compresores de tornillo bajo régimen de alta demanda Algunas transmisiones automotrices con bajo nivel de salpique. Equipos industriales en general que no requieran rellenos periódicos de aceite (No consumidores) y que por análisis de laboratorio requieran por lo regular cambiar el aceite en períodos inferiores al año.

Sostenibilidad económica y ambiental. Económica: PAO/ Hidrocarburos Sintetizados Esteres orgánicos

4-5:1 8:1

Esteres Fosfato Esteres Silícios ó Siliconas Esteres Polifenílicos

8:1 8-80:1 12 :1

Ambiental Alta Volatilidad Incompatibilidad General *Disposición restringida “ “ “ “ “ “ “ “ “

*Es limitado su fácil acopio y disposición en aprovechamiento dentro de procesos márginales aceptados por las diferentes regulaciones funcionales y/ó ambientales (Mezcla de combustibles calderas ó motores estacionarios en relaciones 20-6:1), Asfaltos, Desmoldante.

Aceites GPO (Genuine Part Oil, promovidos como parte original): Los fabricantes de equipos no orientan los recursos en desarrollo e investigación suficientes

Sostenibilidad económica y ambiental (Eliminación de cambios de aceites)

Shell cuenta con excelentes relaciones técnicas y comerciales con todos los OEM´s

Instrumentación.

Los OEM´s generalmente recomiendan insistentemente el empleo de su aceite pero solo exigen el cumplimento por especificaciones internacionales.

Transporte de pigmento donde se requieren fluidos Tixotrópicos. Anticongelantes y sistemas de frenos (Polyglicoiles)

Introducción a los lubricantes y la lubricación Bajo criterio y respaldo consistente los OEM´s confieren cubrimiento irrestricto de la garantía a equipos nuevos sin importar que estos no utilicen el aceite GPO (Genuine Part Oil) Nuevamente todos los aceites no son lo mismo. Por que las especificaciones pueden lucir similares pero ser muy diferentes en términos de verdadero desempeño y beneficios entregados.


Módulo Uno Para evitar la peligrosa posibilidad al seleccionar 1.De reincidir un tipo de lubricante erróneo. 2.De reincidir en el uso de un lubricante que puede no ser adecuado para el propósito 3.El más cercano grado Shell de equivalencia puede no ser nuestra mejor oferta. Un buen ejemplo de esto es el frecuente uso de aceites de turbina en algunos compresores de tornillo.

Resolver bloqueos de percepción:” Producto Equivalente”

4.Se ignora el considerar que necesariamente existe un producto idóneo.

1.Un producto con las mismas características físicas del producto actual.

5.Se ignora el considerar ls prolongación de vida del equipos en mínimo un +25% Vs manual

2.Un producto que cumple las mismas especificaciones de desempeño del actual.

!La actitud correcta es exigir una auditoria completa de lubricación Shell”

3.Un mismo producto a reemplazar pero elaborado por Shell. 4.Un producto para la misma aplicación. 5.Un cambio a mayor calidad y desempeño del lubricante significa una inversión y no un costo.

Introducción a los lubricantes y la lubricación RACIONALIZACION PRODUCTOS Manejar niveles de consumos periódicos “Mínimos”. Contar con mínimo 15 dias inventario. Manejar situaciones de Disponibilidad. “Máximos” Adicionar dias requeridos por importación. Manejar situaciones de urgencia incidental. “Incidentales” Elaborar y ó conocer tabla de AST Conocer diferentes niveles del canal de distribución en el sitio. Conocer otros usuarios del mismo produc to en el área. Manejar tabla de AST “Aceptabilidad a Sustitución Temporal” (Ejm.) !Solo recomendables bajo situación de urgencia, durante el lapso que demore la inmediata reposición del producto idóneo y bajo total cuenta y riesgo del usuario¡ Aceite hidráulico recibe Aceite de turbina o de motor ó de servo ó mineral. Aceite de caja de velocidades recibe aceite de motor ó hidráulico. Aceite de motor recibe aceite tipo Servo/ CAT TO4 .


Módulo Uno Servo recibe aceite hidráulico ó aceite multígrado de motor.



Módulo Uno

MANEJO DE PROBLEMAS (TROUBLE SHOOTING) La nueva gerencia del mantenimiento debe transformarse asimilando la cultura del pensamiento sistémico la cual se resume en: a. Delegación del poder y autodisciplina. b. Aprovechamiento de la conversación. (E-mails, reuniones, Internet) c. El pensamiento sistémico y la cultura de autoreducción. d. Seguimiento Voluntario con responsabilidad.

Herramientas de análisis: Para Trouble Shooting : Espina de Pescado/ Causa y efecto “4 Ms”

Método

Maquinaria

Materiales Efecto

Medición

Mano de Obra

Medio Ambiente

Introducción a los lubricantes y la lubricación SELECCION DE MEJORAS DE PROCESO Indagación y Sustentación de situaciones y acciones claves Indagación: Involucrar diferentes puntos de vista. Ilustrar el porque de la pregunta. Tratar de entender. Escuchar de verdad. Estar dispuesto a experimentar. Sustentación: Exponer a otros nuestra percepción e idea/ deseo. Revelar el pensamiento y razonamiento detrás de nuestro punto de vista. Involucrar a otros permitiendo la exposición del punto de vista de los demás. Escuchando de verdad.

Tomo


Módulo Uno

“Escalera de Inferencia” Acción

Adopto

Creencias

Infiero

Conclusiones

Hago

Suposiciones

Agrego

Significado

Selecciono Datos Datos y Experiencias Observadas

Introducción a los lubricantes y la lubricación PRUEBAS DE CAMPO Debeb ser claramente definidos los objetivos así como la medición de su exito. Productos y aplicaciones a ser probadas. Duración de la prueba. Suministro y manejo de pruebas de aceites. Preparación para la prueba. Conducción de la prueba. Puntos de monitoreo. Tendencias del monitoreo (Indicadores). Guias para el muestreo de aceites usados. Conservación de los record conseguidos. Modo y formato de presentación de reportes de resultados.


Módulo Uno



Módulo Uno

ELECCION RACIONAL DEL NIVEL DE PROGRAMA DE MANTENIMIENTO DESEADO 1-Predictivo (Incluye análisis de muestras) ANALISIS TIPICOS DE UN PROGRAMA PREDICTIVO /PERIORICIDAD/ COSTO/ APLICABILIDAD

a.Análisis Ac. Usado (Hrs, Frec.) Costo $accesorios Muestreo Costo $correo/u(Caja 6 un.) Toma de Muestra Laboratorio y Reporte b.Analisis Vibraciones Hrs Frec Costo $ unitario c.Analisis Temperatura externa Hrs Frec Costo $ unitario (Pistola infraroja) d. Espectrofotometría Hrs. Frec. Costo $ unitario Laboratorio y Reporte e.Opacidad Gases de Escape Costo $ unitario f.Conteo Particulas Costo $accesorios Muestreo Costo $correo/u(Caja 6 un.) Toma de Muestra Costo $ unitario g. Análisis Boroscópico Costo $ unitario

Motor Servos Cajas 250 500 1000 500 500 500 500 500 500 0 0 0 15000 15000 15000 1000

Diferencial Mand. FinalCompresor Turbina Increment. S.HidraulicoS.T.Térmico S. Eléctrico

2000 500 500 0 15000

2000 500 500 0 15000

250 500 500 0 15000

500 500 500 0 15000 80000

500 500 500 0 15000 80000

1000 500 500 0 15000

2000 2000 500 2500 500 10000 0 350000 15000 150000

80000 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Aunque se ofrece para todo equipo há sido poca su contribución y mayor utilidad 2000 frente a los anteriores análisis.. A excepción de los transformadores y demás equipos150000 eléctricos. 50000 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 No Aplica No aplica 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 35000 35000 35000 35000 35000 35000 35000 35000 35000 No Aplica No Aplica 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 2500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 10000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 350000 No aplica No aplica No aplica 0 0 0 0 0 0 0 0 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 No Aplica No Aplica No Aplica No aplica No aplica No aplica 0 0 0 0 0 0 0 0



Módulo Uno

2-Preventivo

6. Línea 9800 de permanente consulta.

Previa Elección racional del tipo de software de mantenimiento deseado:

7. Factible de implementar codificador de barras.

Foco en Sostenibilidad (Fácil y económica actualización software a niveles de vanguardia en lo relacionado con innovaciones sobre el tema de la administración del mantenimiento), Confiabilidad (Insaturabilidad de bases de datos y nulo riesgo de bloqueos por pérdida de información y trabajo abortado), Mantenibilidad (Servicio de Soporte y consulta libre de cargo) y Funcionabilidad (Facíl de implementar y operar; amigable; que utilice el mejor ambiente de trabajo virtual del momento/ Hoy en dia es Windows y aplicable a todo tipo de empresa).

Todo libre de costo una vez firmado convenio de exclusividad por parte del cliente en utilizar solo lubricantes Shell. En caso contrario tendrá un costo inicial de US$5.000 y un Fee de US$1500/año.

3-Proactivo La sumatoria de los dos anteriores

La respuesta Shell es “LUBRIPLAN “

(Implica completo paquete de administración software con programa de tendencias sobre datos de reportes de análisis de laboratorio)

LUBRIPLAN Incluye:

4-Correctivo-Preventivo

1. Elaboración de Auditoría completa

El menor costo de operación existente pero de sugerible implementabilidad solo en procesos de equipos no críticos.

2. Implementación software. 3. Digitación plan de mantenimiento 100% lubricantes y 20% total de actividades no relacionadas con lubircantes. 4. Monitoreo trimestral de utilización y satisfacción. 5. Sostenimiento digitación en crecimientos de planta. de nuevas adquisiciones en equipos.

(Las señales de acción son tomadas con base en la apreciación visual de algún deterioro controlable del equipo y es descartada cualquier posibilidad de súbito daño catastrófico del mismo)

Introducción a los lubricantes y la lubricación RESUMEN Foco en CAVEB. Obtener la Mejor Selección Basado en Datos. Análisis Costo Beneficio Previos. Racionalización Productos. Manejos de Problemas. Selección Mejoras. Pruebas de Campo. Elección Racional del Nivel de Programa de Mantenimiento Deseado.


Módulo Uno

Motores Contenido Introducción Sección Uno Motores diesel y a gasolina Motores de combustión Interna Como trabaja un motor diesel El motor diesel de dos tiempos Motores turbocargados Sistemas de refrigeración de un motor diesel Sistemas de lubricación de motores diesel Motores diesel de baja, media y alta velocidad Resumen Sección Uno

Sección Dos La lubricación de motores diesel Funciones de los lubricantes para motores diesel Propiedades de los lubricantes para motores diesel Grados de viscosidad Especificaciones de los aceites para motores diesel Clasificación API para aceite de motor a gasolina Pruebas de motor Resumen Sección Dos


Módulo Dos Sección Tres Lubricación de los motores de dos tiempos Problemas en motores de 2 tiempos Aditivos comúnmente utilizados por los lubricantes para motores de dos tiempos Clasificación de aceites para motores de dos tiempos a gasolina Clasificación Jaso Clasificación para motores de dos tiempos enfriados por agua

Sección Cuatro Análisis de aceites usados Fallas en los motores Ejemplos típicos de fallas relacionadas con el aceite lubricante

Motores INTRODUCCION El tutor de Aceites Shell ha sido diseñado para suministrarle información clave sobre lubricantes y sus aplicaciones. Igualmente pretende desarrollar su conocimiento de productos y permitirle hacer su trabajo más efectivo. También le proporcionará una base sólida para un entrenamiento posterior. El tutor es un paquete multimedia que consta de una serie de cassettes de audio, los cuales tiene cada uno un Manual de Entrenamiento complementario. Usted probablemente obtendrá el mayor beneficio del paquete escuchando primero los cassettes y luego estudiando su Manual acompañante. Sin embargo, como cada parte del paquete se puede utilizar independientemente, usted puede encontrar una forma alternativa de trabajar que se le acomode.


Módulo Dos

Motores Cómo utilizar el Manual? Este Manual, como los otros del paquete, está dividido en un número de secciones cada una de las cuales consiste en un breve resumen, una secuencia de información y un examen corto. Usted simplemente lee a lo largo de una sección a la vez y luego responde las preguntas sobre todo lo que ha leido. Cuando usted ha pasado a través de todas las preguntas de la sección chequee las respuestas. Si tiene alguna de sus respuestas mal, lea la información apropiada y la pregunta otra vez. Asegúrese que entiende las respuestas correctas antes de continuar. Usted encontrará que las páginas de la derecha del Manual le mostrarán toda la información clave que usted necesita saber. Usted debe estudiar estas páginas si quiere lograr los objetivos del Tutor. Para aquellas personas que les gusta explorar un poco más profundo en el tema encontrará información suplementaria buena de saber en las páginas de la mano izquierda. Si el tema es nuevo para usted, le sugerimos que ignore la información suplementaria en la primera pasada. Usted puede volver a estas páginas más adelante. Pero insistimos, usted decide sobre el uso de este Manual en la forma que le sea más útil. Como quiera que usted decida estudiar, si usted desea obtener lo mejor del Tutor, es importante que trabaje cuidadosamente y concienzudamente los Manuales. Estos han sido diseñados para ser fáciles de seguir, pero igualmente demanda-


Módulo Dos rá algo de tiempo, esfuerzo y compromiso de su parte. Esperamos que disfrute la experiencia de aprender y que pronto vea como los beneficios de su mejora en el conocimiento de productos le ayudará a hacer su trabajo más efectivamente.

Motores


Módulo Dos

SECCION UNO MOTORES DIESEL Y A GASOLINA Los motores diesel son máquinas eficientes y económicas que son ampliamente usadas para el transporte terrestre, férreo y marino. También son importantes como fuentes de potencia estacionarias en una variedad de aplicaciones industriales. En esta sección estudiaremos la estructura y el funcionamiento de los motores diesel, que nos darán el conocimiento básico necesario para apreciar sus requerimientos de lubricación. Cuando usted haya estudiado la información clave de esta sección, usted será capaz de: Describir las principales características de un motor de pistón reciprocante y mencionar la diferencia básica entre los motores de diesel y de gasolina. Explicar cómo trabaja un motor diesel de cuatro tiempos y de dos tiempos. Explicar el propósito de la sobrecarga y describir cómo trabaja un motor diesel turbocargado. Describir cómo es refrigerado y lubricado un motor diesel convencional. Distinguir entre las velocidades, las ratas de potencia, los combustibles y las aplicaciones de los motores de alta, media y baja velocidad.

Si estudia la información complementaria, usted será capaz de: Explicar el significado de los términos pistón oscilante, cruceta, en línea, motor en V y horizontalmente opuesto. Comparar los motores diesel con los de gasolina en términos de desempeño, construcción y costos de operación. Explicar como operan las válvulas y el sistema de inyección de un motor diesel de cuatro tiempos. Distinguir los métodos de barrido de gases de combustión, usados en los motores diesel de dos tiempos. Comparar los motores de cuatro y dos tiempos en términos de desempeño y consumo de combustible y lubricantes.

Motores


Módulo Dos

MOTORES DE COMBUSTION INTERNA Los motores de combustión interna son máquinas impulsadas por el combustible quemado dentro de sí mismas. El tipo más común de estos motores es el de pistón reciprocante. Este consiste básicamente de un bloque de metal robusto al cual se le han abierto un número de huecos para formar los cilindros del motor. Cada cilindro contiene un pistón que se mueve hacia arriba y hacia abajo. El pistón hace un ajuste con su cilindro por anillos resortados de metal, conocidos como anillos del pistón, los cuales lo circundan. El combustible es quemado con aire dentro del cilindro para producir gases que

fuerzan el pistón a bajar. El pistón está conectado por una biela a un cigüeñal, de tal forma que el pistón al bajar lo hace girar. Los motores de pistón varían mucho en tamaño. Por un lado tenemos unidades de un solo pistón, pequeñas y livianas que generan menos de un caballo de potencia y son usadas por ejemplo, para mover podadoras de césped y ciclomotores. Por otro lado tenemos motores más grandes de varios cilindros que desarrollan potencias 50.000 veces mayor y son utilizados para mover barcos y equipos de generación eléctrica. En la mitad del rango están las máquinas más familiares para nosotros, las que mueven nuestros vehículos. En estas últimas la potencia y el movimiento del cigüeñal son transmitidos a las ruedas.

Motor de Pistón reciprocante

Motores Más acerca de

EL DISEÑO DE UN MOTOR DE PISTON a mayoría de los motores de pistón, inclu yendo todos los de automóviles, son del tipo de pistón oscilante.

L

En este tipo de motores el pistón está conectado directamente a la biela por un pasador. Este diseño tiene la ventaja de su simplicidad. Sin embargo, debido a las cargas laterales transmitidas desde el cigüeñal, a través de la biela al pistón, se puede presentar desgaste excesivo sobre el pistón y sobre la pared del cilindro.


Módulo Dos Este problema es minimizado en los motores de tipo de cruceta. Aquí el pistón se fija rígidamente a una cruceta, que a su vez está conectada a la biela. La cruceta se desliza en un cojinete que absorbe las cargas laterales del cigüeñal y de la biela, por lo tanto el pistón no soporta carga lateral alguna. La principal desventaja de este tipo de motor es su tamaño, mucho más grande que un motor de pistón rígido de la misma potencia. Sin embargo, la mayoría de los motores diesel grandes de baja velocidad tales como los motores usados para la propulsión marina y aplicaciones industriales son del tipo de cruceta. Generalmente, un motor de pistón contiene varios cilindros unidos para entregar una potencia balanceada. Una rueda volante pesada unida al cigüeñal también ayuda a suavizar el movimiento. La mayoría de los motores usados en el transporte terrestre tienen cuatro o seis cilindros mientras que los motores usados para aplicaciones marinas e industriales pueden tener hasta veinte cilindros. Estos pueden estar agrupados en línea, como la mayoría de los arreglos presentados en la página anterior, o en dos bancos impulsando un cigüeñal común. Los bancos pueden estar colocados en un ángulo, como en los motores en V o en forma opuesta como en los motores horizontales.

Motor en V

Motores Válvula de Admisión


Módulo Dos

In yector Válvula de Escape Cá mara de Combustión Anillos del Pistón

Válvula de Admisión

Inyector

Válvula de Escape

Cámara de Combustión

Pistón

Anillos del pistón Pistón

Cilindro

Pasador

Biela

Cilindro

Pasador

Cruceta

Cigueñal

Cojinete Co ntrapeso

Motor Tipo Pistón Oscilante

Biela

Cigüeñal

Contrapeso

Motor de Cruceta

Motores Los pistones también varían según el tipo de combustible que usan. Los primeros motores de combustión interna fueron desarrollados en la mitad del siglo pasado y usaban gas de carbón como combustible. El gas era mezclado con aire en el interior de un cilindro, se comprimía y quemaba con chispa eléctrica. Este método de encendido por chispa fue adoptado en los motores a gasolina desarrollados por Daimler y Benz y utilizado en los primeros automóviles 30 años más tarde. El mismo principio es aún empleado hoy en los motores de combustión modernos. Por la misma época que Daimler y Benz estaban produciendo los precursores de los carros modernos, Rudolf Diesel estaba experimentado con un tipo alternativo de motores de pistón abastecidos con aceite combustible. El diseñó un medio de inyectar un combustible atomizado dentro de los cilindros donde se quemaba directamente cuando entraba en contacto con aire comprimido caliente. Este tipo de motor operando con encendido por compresión era más eficiente que el motor de gasolina, y como generaba presiones mas elevadas, necesitaba ser mucho más robusto. Mas tarde vino a ser conocido como motor diesel. Los primeros motores diesel eran más pesados, ruidosos y menos suaves que los motores de gasolina y su uso estaba restringido a aplicaciones de trabajo pesado en la industria y el transporte. Aunque los motores diesel modernos son más livianos y operan más suavemente, aún se utilizan ampliamente para propósitos similares, tales como generadores de electricidad, locomotoras,


Módulo Dos camiones pesados, buses y barcos. Sin embargo, se están convirtiendo en una alternativa para los motores a gasolina, por ejemplo en automóviles, ya que consumen un combustible más barato que hace una combustión más eficiente. El aceite combustible liviano usado en los motores diesel es conocido como aceite combustible para motor (ACPM) o combustible diesel. Es una fracción de aceite crudo más pesado que la gasolina, pero mucho más liviano que un aceite lubricante. Válvula de Admisión

In yector Válvula de Escape Cá mara de Combustión Anillos del Pistón Pasador Pistón Cilindro Biela

Cigueñal Co ntrapeso

Cilindro de un Motor Diesel

Motores


Módulo Dos Válvula de Admisión

Válvula de Escape Cámara de Combustión Bujía Anillos del pistón Pistón Pasador Cilindro Biela

Cigüeñal

Cilindro de un Motor a Gasolina

Motores UNA COMPARACION ENTRE LOS MOTORES A GASOLINA Y DIESEL Desempeño Los motores diesel son generalmente más difíciles de encender en frío y presentan una aceleración más pobre que los motores a gasolina. Ellos tienden a operar a menores velocidades y comparados con los motores a gasolina del mismo cilindraje son incapaces de generar la misma potencia. Los motores diesel también tienen la desventaja de operar con menos suavidad y más ruidosamente que los motores de gasolina especialmente a bajas velocidades y bajo cargas livianas. Costos de Construcción Lo costos de fabricación del motor diesel tienden a ser mayores que los del motor a gasolina,


Módulo Dos principalmente por su construcción robusta, necesaria para soportar las altas presiones dentro de él. El equipo de inyección de combustible usado en los motores diesel es también más costoso que el carburador simple y que el sistema de arranque eléctrico de un motor convencional de gasolina. Costos de operación Los motores diesel son más económicos de operar que los motores a gasolina. No solo su combustible es más barato que la gasolina, sino que además su combustible es quemado más eficientemente. Además, los motores diesel son más confiables que los motores a gasolina en los que los problemas de ignición son la mayor causa de fallas. La combinación de economía y confiabilidad es la razón principal para el amplio uso de los motores diesel.

Motores COMO TRABAJA UN MOTOR DIESEL Los motores diesel (y también los motores a gasolina) pueden trabajar en un ciclo de cuatro tiempos, produciendo la potencia en uno de los cuatro movimientos del pistón, o en un ciclo de dos tiempos, produciendo potencia cada dos movimientos del pistón. El ciclo de cuatro tiempos es el más ampliamente usado, aunque en Norteamérica los motores de dos tiempos son relativamente comunes.

El motor de cuatro tiempos En el ciclo de cuatro tiempos, el primero, el tiempo de desplazamiento hacia abajo del pistón deja entrar aire dentro del cilindro a través de la válvula de entrada en la cabeza del cilindro (admisión). A medida que el pistón empieza su desplazamiento hacia arriba en su segundo tiempo, la válvula de entrada se cierra y el aire es comprimido en el cilindro (compresión). La relación de compresión del motor, que es la relación entre los volúmenes máximos y mínimos del cilindro, puede llegar a 22:1, con esta relación de compresión, el aire puede alcanzar una temperatura de 700ºC o más. Cuando el pistón llega cerca del tope en su tiempo de compresión, una cantidad medida de combustible es inyectada en el cilindro. El combustible inyectado vaporiza muy rápidamente y se quema en el aire caliente comprimido. Los gases producidos empujan el pistón hacia abajo para su tercer tiempo (de potencia).


Módulo Dos En el cuarto y último tiempo hacia arriba, una válvula de escape se abre y el pistón fuerza la salida de gases del cilindro (escape). El ciclo se repite constantemente para mantener el motor en funcionamiento.

Motores


Válvula de Expulsión

Admisión Aire entra al cilindro


Módulo Dos



Compresión Aire comprimido (y ca lentado)


Válvula de Válvula de Expulsión Admisión

Potencia El combustible Inyectado y Quemado empuja el pistón hacia abajo


Escape Los gases quemados salen del Cilindro

Motores OPERACION DE LAS VALVULAS EN UN MOTOR DIESEL DE CUATRO TIEMPOS l mecanismo que abre y cierra las válvulas de entrada y salida es conocido como tren de válvulas.

E


Módulo Dos controlada por un dispositivo de tiempo operado por el árbol de levas o un sistema de engranajes movido por el motor. Eje de Balancín

Varilla

Balancín

Resorte Válvula

En el motor convencional las válvulas son operadas por un mecanismo accionado por un árbol de levas movido por el cigüeñal. El árbol de levas está normalmente colocado a lo largo del bloque del cilindro, operando los elevadores de las válvulas, las levas al girar mueven los brazos arqueados (balancines) que abren las válvulas. Las válvulas son cerradas por la acción de los resortes. En un arreglo alternativo, las levas en un árbol de levas superior actúan directamente sobre las válvulas operadas con resortes.

Cigueñal

Arbol de Levas Impulsor de Levas

Operación de la válvula

En algunos motores, las válvulas son operadas hidráulicamente. Inyección de combustible El equipo de inyección de combustible de un motor diesel es construido a precisión para descargar, exactamente y en el tiempo correspondiente a un ciclo, cantidades estrictamente medidas de combustible conteniendo góticas del tamaño ideal para una combustión eficiente. El equipo consiste básicamente de una bomba y un inyector para cada cilindro. La descarga de combustible de la bomba a los inyectores es

Inyector de combustible

Motores EL MOTOR DIESEL DE DOS TIEMPOS Un motor diesel de dos tiempos pasa por las mismas etapas de admisión, compresión, potencia y descarga de un motor de cuatro tiempos, pero todo este proceso tiene lugar durante un movimiento hacia arriba y hacia abajo del pistón. Es conveniente empezar la descripción del ciclo de dos tiempos en el punto donde el pistón está cerca del fondo del cilindro. En este momento, las válvulas de descarga en la cabeza del cilindro se abren y las lumbreras de entrada en un

Inyector


Módulo Dos lado del cilindro quedan descubiertas. Una carga fresca de aire entra a través de las lumbreras y fuerza a los gases quemados a salir del cilindro (barrido de gases y admisión). A medida que el pistón retorna hacia arriba en el cilindro, las válvulas de descarga se cierran y las lumbreras de entrada son cubiertas, atrapando y comprimiendo el aire en el cilindro (compresión). Cerca del tope del tiempo de compresión, el combustible se inyecta en el cilindro y se quema. Los gases formados se expanden y fuerzan el pistón hacia abajo en el tiempo de potencia (potencia). El ciclo se repite sucesivamente.

Válvulas de Escape

Sobrealimentador

Lumbreras de entrada Barrido de Gases y Admisión El aire que entra al cilindro expulsa los gases quemados.

Compresión Aire Comprimido (y caliente)

Potencia El combustible inyectado y quemado para empujar el pistón

Motores Más acerca de

MOTORES DIESEL DE DOS TIEMPOS l motor de dos tiempos descrito anteriormen te que tiene lumbreras de entrada y válvulas de descarga, se conoce como motor de desplazamiento de gases en un solo sentido, ya que el aire y los gases que salen pasan a través del cilindro. En otro tipo de motor de dos tiempos, se tienen compuertas de salida en vez de válvulas. Si estas compuertas de salida están situadas lateralmente en el cilindro, se dice que el motor es de desplazamiento de gases transversal. Si están localizadas en el mismo lado de las compuertas de descarga del cilindro, se dice que el motor es de desplazamiento de gases circular.

E


Módulo Dos dos tiempos, contribuyendo a un bajo consumo de combustible en el primero. Consumo de lubricante Un motor de dos tiempos tenderá a tener mayor consumo de aceite lubricante que el motor de cuatro tiempos. Esto es debido a las altas temperaturas que son generadas durante cada tiempo del ciclo de dos tiempos y esto promueve la degradación del aceite lubricante. En un solo sentido

Transversal

Comparación de los motores de dos y cuatro tiempos Desempeño Los motores de dos tiempos son más compactos que los motores de cuatro tiempos con la misma relación de potencia, dando una mejor relación de potencia de salida por peso. La relación de un motor de cuatro tiempos puede ser incrementada, aumentando su relación de compresión o su velocidad pero estas modificaciones tienden a incrementar los esfuerzos y el desgaste de los componentes del motor. Consumo de Combustible La combustión de un motor de cuatro tiempos es usualmente más eficiente que la de un motor de

Gas de Entrada Barrido de Gases Quemados

Circular

Motores MOTORES TURBOCARGADOS La potencia que puede ser desarrollada por un motor de combustión interna está limitada por la cantidad de combustible que puede ser quemado durante cada ciclo. Es relativamente fácil suplir más combustible a los cilindros pero este combustible extra debe estar igualado por un incremento en el suministro de aire para que sea quemado completamente y eficientemente.


Módulo Dos El motor turbocargado es altamente eficiente. Cuando se le inyecta mas combustible, la energía de los gases de salida se incrementa. Esto inmediatamente aumenta la salida de aire comprimido. Contrariamente, cuando se suministra menos combustible, la salida de aire comprimido disminuye. La salida de aire está ajustada a la demanda del motor en un amplio rango de velocidades.

La sobrecarga es una forma de incrementar la cantidad de aire en los cilindros de un motor, suministrándolo a alta presión, haciendo posible quemar más combustible. El aire para la sobrecarga es suministrado por un soplador o compresor el cual puede ser movido por el mismo motor, por un motor separado o como en el método más frecuentemente usado, una turbina movida por los gases de salida del motor. Este último método de sobrecargar es conocido como turbocarga. En el motor turbocargado, los gases de salida del motor son dirigidos directamente a una turbina de gas. Esta consiste esencialmente de un conjunto de aspas montadas alrededor de un eje. La presión de los gases sobre las aspas fuerzan al eje a rotar. La turbina gira a su vez empujando un compresor montado en el mismo eje, el cual produce aire comprimido y es alimentado a los cilindros del motor, permitiéndole quemar más combustible.

Cómo trabaja un Turbocargador

Motores SISTEMAS DE REFRIGERACION DE UN MOTOR DIESEL Solamente cerca de una cuarta parte de la energía producida por la combustión de combustible en un motor diesel es convertida en potencia. La parte restante es convertida en calor, el cual debe ser rápidamente removido del motor para prevenir el recalentamiento y su fundición. Parte del calor sale del motor en los gases de escape y el calor restante en el motor debe ser disipado por el sistema de refrigeración. La mayoría de motores diesel son enfriados con agua. La cabeza del cilindro y el bloque contienen compartimientos a través de los cuales circula agua y a medida que lo hace absorbe el exceso de calor. El agua caliente pasa a través del radiador donde es enfriada antes de ser recirculada. La refrigeración con aire es mucho más simple que la refrigeración con agua. Los motores diesel enfriados con aire tienen cilindros que están rodeados de unas aletas de refrigeración a lo largo de las cuales el aire es empujado por un soplador. Los motores enfriados por aire tienden a ser más ruidosos que los refrigerados por agua, pero son más compactos y fáciles de mantener. Estos se calientan más rápidamente lo que significa que son menos susceptibles al desgaste corrosivo debido a que hay menos posibilidad de que productos ácidos se depositen sobre las paredes del cilindro como producto de la combustión. También tienen la ventaja que no hay posibilidad de


Módulo Dos congelamiento del refrigerante en climas fríos. Sin embargo, hay un límite en el tamaño del motor industrial que puede ser enfriado económica y satisfactoriamente por aire ya que grandes motores requieren grandes masas de aire para enfriarlos.

Radiador

Termostato

Cilindros

Aire

V entilador

Bomba de

Agua

Chaquetas de

Refrigeración con agua

Agua

Motores


Módulo Dos

SISTEMAS DE LUBRICACION DE MOTORES DIESEL El aceite circulante alrededor del motor diesel ayuda a remover algo del calor de la combustión, pero su principal función es reducir la fricción entre las partes móviles. El aceite lubricante es mantenido en un depósito o cárter, en la parte inferior del motor. Es bombeado desde el cárter, a través de filtros y conductos hacia: Los cojinetes principales (los que soportan el cigüeñal), los balancines en la cabeza del cilindro (que operan las válvulas), las cabezas de biela (donde conectan la biela y el cigüeñal) y el tren de válvulas. En la mayoría de los motores de tamaño pequeño a mediano, los anillos del pistón y las paredes del cilindro son lubricadas por salpique de aceite, por la rotación del cigüeñal. Muchos motores grandes tiene lubricadores separados para cada cilindro, los cuales proporcionan un suministro independiente de aceite para lubricar el movimiento reciprocante de los pistones en los cilindros. Después de este recorrido todo el aceite se devuelve al cárter de donde es recirculado.

Tapón de llenado de Aceite Balancín

Via de retorno del aceite al colector

Vía de distribución de aceite a la cabeza del cilindro

Pistón Galería princip al de aceite Biela Cojinetes de cabeza de biela

Bomba de aceite

Co jinetes Principale s Aceite de Motor

Filtro de aceite principal

Filtro del colector Cole cto r Lubricación del motor diesel

Motores MOTORES DIESEL DE BAJA, MEDIA Y ALTA VELOCIDAD Los motores diesel pueden ser clasificados como de alta, media o baja velocidad Motores de alta velocidad, tales como los usados para transporte terrestre, operan a velocidades de 1250 r.p.m. o más. Requieren combustibles de alta calidad y usualmente trabajan con combustibles altamente refinados con un contenido de azufre bajo. Estos motores pueden ser de aspiración natural (que no son sobrecargados) o sobrecargados, y pueden ser de dos o cuatro tiempos. Tienen cilindros de hasta 250 mm de diámetro y tienen potencias de hasta 200 hp por cilindro. Hay motores multicilindros con salidas de hasta 5000 hp disponibles en el mercado. Los cilindros de motores de alta velocidad son normalmente lubricados por baño de aceite en el cigüeñal y por lubricación forzada en los pistones. Los motores de velocidad media, tales como los usados en la generación de electricidad, son aquellos que operan a una velocidad entre 350 y 1250 r.p.m. Los motores más pequeños en esta categoría casi siempre operan con combustibles destilados de alta calidad. Combustibles un poco más pesados, con alto contenido de azufre, pueden ser usados en motores más grandes. Los motores más nuevos de velocidad media son sobrecargados y generalmente de cuatro tiempos.


Módulo Dos El tamaño de los cilindros y el rango de salida va desde los 225 mm de diámetro, con potencias desde 130 hp por cilindro, hasta 600 mm de diámetro desarrollando 1500 hp por cilindro. Existen grandes motores de velocidad media, en V, que producen potencias de salida superiores a los 30000 hp y poseen más de 20 cilindros. Los motores de velocidad media más pequeños tienen sus cilindros lubricados por salpique del cigüeñal. Los motores más grandes tienen lubricadores separados por cilindro que suministran aceite adicional a las paredes de los cilindros. Los motores de baja velocidad, tales como los usados para mover barcos, operan a velocidades por debajo de 350 r.p.m. Generalmente utilizan combustibles menos refinados que tienen contenidos de azufre de 3% o más. Casi todos los motores de baja velocidad operan en ciclos de dos tiempos. Sus cilindros tienen diámetros que oscilan entre 700 mm y 1060 mm y tiene salidas de potencia para las máquinas más grandes, de 4500 hp por cilindro o de un total de 54000 hp para un motor de 12 cilindros. Estos motores tienen lubricadores separados por cilindro y requieren aceites con alta reserva alcalina para controlar la corrosión de los anillos del pistón y cilindros que sería causada por los ácidos fuertes formados de la combustión de combustibles con alto contenido de azufre.

Motores RESUMEN DE LA SECCION UNO El motor diesel y el motor a gasolina son motores de combustión interna del tipo conocido como de pistón reciprocante. Los motores contienen un número de cilindros en los cuales el combustible es quemado. La expansión de los gases de combustión es usada para empujar los pistones y suministrar así potencia. Los motores diesel son ampliamente usados en la industria y para mover el transporte terrestre, férreo y marino. Son más económicos en uso que los motores a gasolina ya que utilizan un combustible más económico y queman más eficientemente. En el motor diesel el aire entra al cilindro y es comprimido por un pistón y debido a esto se calienta. El combustible es inyectado enseguida. El combustible se quema en contacto con el aire comprimido caliente, los gases producidos empujan el pistón hacia abajo en el cilindro. El pistón está unido al cigüeñal el cual es girado. La mayoría de los motores diesel operan en un ciclo de cuatro tiempos en el cual la potencia es producida en uno de cada cuatro movimientos del pistón. Las etapas de este ciclo son: Admisión (cuando el aire entra al cilindro), compresión (cuando el aire es comprimido y calentado), potencia (cuando el combustible es inyectado y quemado para empujar el pistón hacia abajo) y escape (cuando


Módulo Dos los gases de la combustión son expulsados del cilindro). Los motores diesel de dos tiempos pasan por las mismas etapas de los motores de cuatro tiempos, pero tiene solamente un tiempo de compresión y potencia. La admisión y el escape tienen lugar al final del tiempo de potencia y son ayudados por el barrido del aire introducido al cilindro con un soplador. La potencia que desarrolla un motor diesel puede ser aumentada mediante la sobrecarga, que es el incremento de la cantidad de aire suministrado a los cilindros del motor. El método más frecuentemente usado es el del turbocargado, en donde los gases de escape del motor son usados para mover una turbina que a su vez, opera un compresor que suministra el aire al motor. Hasta tres cuartas partes de la energía producida por el motor diesel es convertida en calor en lugar de potencia. En la mayoría de los motores este calor es disipado por medio de un sistema de refrigeración con agua. Algunos motores más pequeños son refrigerados con aire. La mayoría de las partes móviles de un motor diesel son lubricadas con aceite el cual es bombeado alrededor del motor desde un depósito o cárter de aceite. En algunos motores, el movimiento de los pistones en los cilindros es lubricado mediante el salpicado de aceite desde el cárter.

Motores SECCION DOS LA LUBRICACION DE LOS MOTORES DIESEL Cuando haya estudiado la información clave de esta sección usted será capaz de. Enumerar las funciones más importantes que debe llevar a cabo un lubricante para motores diesel. Explicar el significado de las siguientes propiedades de los lubricantes de motores diesel: Viscosidad. Indice de viscosidad. Propiedades de flujo a bajas temperaturas. Estabilidad a la oxidación. Estabilidad térmica. Resistencia a la corrosión. Propiedades antidesgaste. Detergencia y dispersancia. Resistencia a la formación de espuma. Resumir cómo las anteriores propiedades pueden ser mejoradas en un lubricante para motores diesel. Describir cómo los sistemas API y ACEA (anteriormente CCMC) clasifican las calidades de desempeño de los aceites para motores diesel y explican su significado.


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Motores LAS FUNCIONES DE LOS LUBRICANTES PARA MOTORES DIESEL Un lubricante para motores diesel está diseñado para prolongar la vida del motor y reducir los costos operacionales. Este lleva a cabo varias funciones: Lubricación: aún el motor más eficientemente lubricado gasta casi el 20% de su potencia de salida en sobrellevar la fricción. La función más importante de un lubricante para motores diesel es por lo tanto reducir la fricción entre las partes móviles a un mínimo absoluto. El lubricante debe ser capaz de proveer una película efectiva entre los anillos del pistón y las camisas del cilindro, entre las superficies móviles en el tren de válvulas, en las conexiones de la biela y los cojinetes del cigüeñal y si es turbocargado también en sus cojinetes. Refrigeración: la mayoría del calor generado por un motor diesel se pierde en los gases de escape y mucho del que queda es transferido al sistema de refrigeración. Sin embargo, casi un 5 al 10% de la energía generada por la combustión de combustible es trasladada al lubricante del motor, el cual, debe ser por lo tanto un refrigerante eficiente. Sellado: presiones de hasta 50 bar, que es 50 veces la presión atmosférica, son generadas en los cilindros durante el tiempo de compresión de algunos motores diesel. Aún, presiones más


Módulo Dos elevadas por encima de 70 bar, pueden ser alcanzadas durante las etapas iniciales del tiempo de potencia. Con el fin de mantener la potencia, el lubricante debe proveer un sello efectivo entre el pistón y las paredes del cilindro y evitar que haya fuga de gases por este espacio. Proteger contra la corrosión: los productos de la combustión de combustibles pueden ser corrosivos, particularmente a las altas temperaturas generadas en el interior del motor diesel. El lubricante debe ser capaz de prevenir la corrosión de los metales del motor. Mantener la limpieza: el hollín y otros materiales insolubles se pueden acumular en el aceite del motor como resultado de una combustión incompleta de combustible. Contaminantes sólidos se pueden formar como resultado del desgaste y la corrosión. Estas partículas pueden causar desgaste, bloqueo de filtros de aceite y conductos de lubricación y llegar a depositarse en las superficies de trabajo para impedir su libre movimiento. Un aceite para motores diesel debe ayudar a mantener los contaminantes lejos de las superficies lubricadas. Esto se puede hacer manteniendo los contaminantes sólidos en suspensión, impidiendo que se agrupen y se depositen como lodos. Los lubricantes de motores diesel modernos son sustancias complejas. Están basados en aceites minerales altamente refinados y por razones que aclararemos más adelante contienen hasta un 20% en aditivos.

Motores LAS PROPIEDADES REQUERIDAS PARA LUBRICANTES DE MOTORES DIESEL Las funciones de un lubricante para motores diesel se llevan a cabo en un ambiente extremadamente hostil, frecuentemente por períodos prolongados. En un motor trabajando, el aceite en el cárter puede alcanzar temperaturas de hasta 100 ºC y es constantemente agitado y mezclado con aire agua y otros contaminantes. En los anillos del pistón, se espera que el aceite lubrique eficientemente el movimiento deslizante a temperaturas cercanas a los 300 ºC. Cualquier aceite que entra en la cámara de combustión está expuesto a temperaturas, aún, más elevadas. El lubricante también debe soportar las cargas pesadas transportadas por los cojinetes de cabeza de biela, y por las levas y seguidores que regulan la apertura y cierre de las válvulas de entrada y salida. Si un lubricante para motores diesel es apto para desempeñar apropiadamente sus funciones, bajo estas condiciones tan severas, debe poseer las siguientes propiedades. Viscosidad La viscosidad de un aceite para motor, que es su resistencia a fluir, es su propiedad más importante. El aceite debe ser lo suficientemente viscoso para mantener una adecuada película de lubricación a las velocidades, cargas y temperaturas a las que opera el motor. También debe proveer un sello efectivo entre los anillos del pistón y las camisas de los cilindros. De otro lado, el aceite no debe ser tan viscoso que cause arrastre excesivo,


Módulo Dos reduciendo la potencia de salida e incrementando el consumo de combustible. Indice de viscosidad La viscosidad de un aceite disminuye a medida que la temperatura se incrementa. La medida de este cambio puede ser expresada en términos del índice de viscosidad del aceite, como sé describió en el Módulo Uno. Los aceites que tienen un alto índice de viscosidad muestran menor variación de la viscosidad con la temperatura que aquellos con bajo índice de viscosidad. La mayoría de los aceites para motores diesel multígrados contienen aditivos, conocidos como mejoradores del índice de viscosidad, los cuales incrementan su índice de viscosidad. Estos aceites son lo suficientemente delgados a bajas temperaturas para minimizar el arrastre viscoso cuando se arranca en frío. Al mismo tiempo, son los suficientemente viscosos a las temperaturas de operación del motor para proporcionar una película de aceite que da una efectiva lubricación y sellado. Sin embargo, este tipo de aditivo puede deteriorarse debido al efecto de cizallamiento o trituración, que sufre en las pequeñísimas holguras de los cojinetes del motor y que puede romper las moléculas grandes del aditivo, desmenuzándolo. Cuando estos aditivos se deterioran, la viscosidad del aceite varía más con la temperatura.

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Grueso

Viscosidad

Alto Alto Indice Indice de de Viscosidad Viscosidad (HVI) Aceite (VI (HVI) Aceite (VI << 90) 90) Indice Indice de de Viscosidad Viscosidad Medio (MVI) Medio (MVI) oil oil (VI (VI == 30-60) 30-60)

Indice Indice de de Viscosidad Viscosidad Bajo Bajo

Delgado 40 40 Temperatura

100 100

Motores GRADOS DE VISCOSIDAD Las viscosidades de los aceites para motores diesel están normalmente especificadas por los grados SAE de acuerdo con el sistema creado por la Sociedad Americana de Ingenieros Automotrices. Como se explicó en el Módulo Uno algunos de estos grados están basados en las medidas de viscosidad realizadas a 100 ºC mientras los otros, los llamados grados W, están basados en las medidas de viscosidad efectuadas a temperaturas que oscilan entre -5 y -30 ºC. Los métodos usados para medir las viscosidades a bajas y altas temperaturas son diferentes y sus valores son por lo tanto reportados en diferentes unidades. Los aceites minerales puros tienden a satisfacer los requerimientos de solo un grado, ya sea grado de alta o baja temperatura. Estos son conocidos como aceites monógrados. Los aceites que contienen mejoradores del índice de viscosidad, sin embargo pueden ser capaces de cumplir con los requerimientos de dos grados simultáneamente, uno a alta temperatura y otro a baja temperatura. Esta categoría de los llamados aceites multígrados incluyen muchos aceites para motores diesel muy populares. Cuando el mejorador del índice de viscosidad sufre cizallamiento y se deteriora, su efectividad disminuye, de modo que un aceite 20W50 no tarda en verse reducido a 20W40, o incluso 20W30. Shell Research ha encontrado un tipo de mejorador de I.V. mucho más fuerte, que se utiliza en los aceites multígrados Shell, los cuales


Módulo Dos mantienen su grado SAE original, salvo en casos realmente excepcionales, porque el aditivo tiene mayor resistencia al cizallamiento.

Propiedades de flujo a baja temperatura Los aceites para motores diesel que son usados en ambientes fríos deben permanecer lo suficientemente fluidos a bajas temperaturas para circular alrededor de un sistema de lubricación tan pronto como el motor es arrancado. La viscosidad, la bombeabilidad y el punto de fluidez son factores importantes. El punto de fluidez de un aceite es la temperatura más baja a la cual fluye. Los aceites para motores diesel pueden contener depresores del punto de fluidez, aditivos que bajan el punto de fluidez. En la práctica, un aceite no puede ser usado cuando la temperatura ambiente es menor de 10ºC por encima de su punto de fluidez. Es importante anotar que el punto de fluidez de un aceite en uso puede volverse mayor que el de un aceite sin usar debido al desgaste normal y la presencia de residuos de combustible sin quemar.

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SAE 25W

Grueso

Viscosidad

SAE 0W

SAE 5W SAE 15W SAE 20W SAE 10W

Grados de viscosidad de alta temperatura ( viscosidad máxima y mínima especificadas )


SAE 50 SAE 40 SAE 30 SAE 20

Delgado Temo ( o C )

- 30

- 25

- 20

- 15

- 10

-5

100

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Estabilidad a la oxidación

Estabilidad Térmica

Cuando un aceite mineral es calentado en presencia de oxígeno, se oscurece y se espesa. Estos cambios son una consecuencia de la oxidación del aceite al formar ácidos orgánicos, lacas adhesivas y lodos. Los cambios son acelerados por las altas temperaturas y por la presencia de humedad, metales y productos de la descomposición del combustible y de todo lo que se puede encontrar en un motor diesel típico. Los efectos de la oxidación son altamente indeseables; los ácidos pueden causar corrosión, las lacas incrementan la fricción y pueden causar pegamiento de los anillos del pistón, mientras el lodo reduce las propiedades lubricantes del aceite y puede bloquear los filtros y los conductos de circulación del aceite.

Todos los lubricantes se descomponen si son calentados a una temperatura suficientemente alta, aún en la ausencia de oxígeno. Los aceites minerales altamente refinados son relativamente estables al calor pero su estabilidad térmica no puede ser mejorada con el uso de aditivos.

La habilidad de un aceite para motores diesel de resistir la oxidación, su estabilidad a la oxidación, está determinada en gran magnitud por la calidad de los aceites crudos de donde es obtenido y por los procesos de refinación por los que pasa. La estabilidad a la oxidación puede ser mejorada con la incorporación de los antioxidantes, aditivos que bloquean las reacciones de oxidación. Claramente, los aceites con un alto grado de estabilidad a la oxidación permanecerán mas tiempo en servicio.

Sin embargo, el uso de tipos o cantidades inapropiadas de aditivos pueden reducir la estabilidad térmica de un aceite y dar por resultado la formación de depósitos en los motores que operan a altas temperaturas.

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Resistencia a la corrosión

Propiedades Antidesgaste

Cuando el combustible diesel es quemado, se producen grandes cantidades de agua, cada litro de combustible produce más de un litro de agua. También se producen ácidos fuertes especialmente, si el combustible tiene un alto contenido de azufre. Los ácidos son igualmente formados si el aceite lubricante está extremadamente oxidado. Estos subproductos pueden ser altamente corrosivos y pueden atacar los componentes del motor.

Cuando los componentes de un motor diesel están sometidos a altas cargas, las películas lubricantes entre las superficies adyacentes móviles pueden romperse y el contacto directo metal-metal puede ocurrir. Esta situación, la cual genera un incremento en la fricción y el desgaste, es muy probable que ocurra entre los anillos del pistón y las camisas del cilindro de motores grandes de pistón rígido, de alta potencia y en los trenes de válvulas de motores pequeños de alta velocidad. Esto puede ser evitado usando aceites que contienen aditivos antidesgaste o de extrema presión. Estos aditivos forman una película química sobre las superficies en contacto la cual las protege y les ayudan a soportar altas cargas.

Los aceites para motores diesel son formulados para proteger contra la corrosión, particularmente la causada por los ácidos. Estos contienen inhibidores de corrosión, frecuentemente metales que contienen detergentes alcalinos, que son capaces de reaccionar y neutralizar los ácidos nocivos a medida que se forman. La reserva de materiales alcalinos en un aceite puede ser expresada en términos del Número Base Total (TBN) del aceite. Esta medida da una indicación de la habilidad del aceite para neutralizar los ácidos fuertes y proteger contra la corrosión causada por ellos.

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Detergencia y dispersancia

Resistencia a la espuma

La mayoría de los aceites para motores diesel contienen detergentes y dispersantes para mantener la limpieza y por lo tanto su desempeño, restringiendo la formación de depósitos sólidos, lacas y barnices.

Cuando un aceite para motor diesel es agitado, como sucede en el cárter, tiende a formar espuma especialmente si contiene ciertos contaminantes. La espuma en exceso puede promover la oxidación y puede llevar al rebosamiento y a la pérdida de aceite a través de los orificios de venteo. Algo más serio, puede ocasionar que la bomba de aceite funcione inapropiadamente y puede causar que las películas lubricantes se rompan. La espuma puede ser reducida adicionando agentes antiespumantes al aceite. Estos aditivos son particularmente útiles en pequeños motores diesel de alta velocidad donde la agitación puede ser severa.

Los detergentes ayudan a controlar el crecimiento de depósitos dañinos durante el proceso de combustión. Además, algunos detergentes son altamente alcalinos y son capaces de actuar como inhibidores de corrosión neutralizando los ácidos fuertes formados durante la combustión de combustibles que contienen azufre. Los dispersantes mantienen el hollín y otros contaminantes en suspensión en el aceite y evitan que se aglomeren. Esto ayuda a prevenir el crecimiento de depósitos durante las operaciones a alta y baja temperatura en áreas del motor como el cárter, las válvulas y las partes de refrigeración en los pistones.

Motores ESPECIFICACIONES DE LOS ACEITES PARA MOTORES DIESEL Hay dos sistemas de clasificación de uso general para describir las calidades de desempeño de los aceites para motores diesel. Estos sistemas deben servir como una guía de selección del lubricante apropiado para cumplir con las condiciones del motor. Es importante tener en cuenta que estos sistemas solo especifican los requerimientos mínimos que un aceite debe satisfacer para ajustarse a una clasificación particular. Dos aceites en la misma categoría pueden diferir ampliamente en calidad.

Clasificaciones API de Servicio para Motores El Instituto Americano del Petróleo ha diseñado un sistema que clasifica los aceites de acuerdo a su desempeño en ciertas pruebas preestablecidas. Este proporciona un medio de identificar los requerimientos de servicio con el desempeño de los aceites. Clasificación API para motores diesel HD (trabajo pesado) CA - para motores diesel de trabajo liviano (obsoleto). El aceite diseñado para este servicio provee protección contra la corrosión de cojinetes y contra los depósitos de alta temperatura en motores naturalmente aspirados cuando se utilizan combustibles de alta calidad. CB - para motores diesel de trabajo moderado


Módulo Dos (obsoleto). Los aceites diseñados para este servicio suministran la protección necesaria contra la corrosión de los cojinetes y de los depósitos de alta temperatura en motores diesel naturalmente aspirados con combustibles de alto contenido de azufre. CC - para motores diesel de trabajo moderado y motores a gasolina (es obsoleto pero puede encontrarse en uso todavía en motores aspirados naturalmente). Los aceites diseñados para este servicio protegen contra los depósitos de alta temperatura en motores diesel ligeramente sobrecargados y también de la herrumbre, la corrosión y los depósitos a baja temperatura en motores a gasolina. CD - para motores diesel de trabajo severo. Los aceites diseñados para este servicio fueron introducidos para proteger contra la corrosión y los depósitos de alta temperatura en motores diesel sobrecargados cuando utilizan combustibles de una gran variedad de calidades. CD II - servicio severo para motores diesel de dos tiempos. Aceite que cumple los requerimientos de Detroit Diesel para motores diesel de dos tiempos y de Caterpillar para motores de cuatro tiempos. CE - para motores diesel turbo y sobrecargados que operan en condiciones de baja velocidad, alta carga y alta velocidad, baja carga. El consumo de aceite, el control de depósitos, el espesamiento de aceite y la corrosión de cojinetes son evaluados.

Motores CF - especificación diseñada para motores con precámara de combustión, utilizando combustibles de alto contenido de azufre. CF-4 - especificación diseñada para motores diesel de cuatro tiempos. Servicio severo para motores diesel de inyección directa, utilizando combustibles de alto contenido de azufre. CF-2 - especificación de servicio para motores diesel de dos tiempos sometidos a trabajo pesado que requieren control altamente efectivo frente al barrido y la formación de depósitos en cilindros y flanco de anillo. Cumple con los máximos requerimientos de Detroit Diesel para motores diesel de dos tiempos con diseño posterior al año 1994. CG-4 - especificación de servicio para motores diesel de cuatro tiempos y de altas velocidades que operan bajo condiciones de trabajo pesado tanto sobre carretera como fuera de carretera y que adicionalmente al diesel tradicional pueden operar con combustibles que tienen niveles de contenido de azufre menores al 0.05%. Cumple con los máximos requerimientos de los motores diesel de cuatro tiempos con diseño posterior e inclusive al año de 1994. CH-4 - especificación de servicio para motores diesel de cuatro tiempos y de altas velocidades que operan bajo condiciones de trabajo extra pesado tanto sobre carretera como fuera de carretera y que adicional al diesel tradíconal pueden operar con combustibles que tienen niveles de contenido de azufre menores al 0.05%


Módulo Dos proporcionando un mayor control frente a la formación de depósitos de pistón típicos a altas temperaturas, al desgaste, la corrosión, la espuma, la estabilidad a la oxidación, acumulación de hollín y emisiones al medio ambiente. Cumple con los máximos requerimientos de los motores diesel de cuatro tiempos con diseño posterior e inclusive al año de 1999.

Especificaciones de desempeño ACEA (anteriormente CCMC) La ACEA es un organismo que administra estándares para los requerimientos de calidad de los aceites usados en motores de fabricantes Europeos (como se estableció por el anterior CCMC Comité de Constructores del Mercado Común). Este especifica los estándares mínimos de desempeño que deben ser alcanzados en varias pruebas tales como la estabilidad al corte, la compatibilidad con sellos, limpieza del pistón, desgaste de los anillos y camisas y espesor del aceite. Las más recientes de las especificaciones para motores diesel son las clasificaciones D4 y D5 las cuales describen los aceites adecuados para motores turboalimentados de altas relaciones de turboalimentación.

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CLASIFICACION API* PARA ACEITE DE MOTOR A GASOLINA Clasificación API *

Tipo de servicio

Características del aceite

SE

Servicio típico para motores a gasolina fabricados a partir del año 1972. (incluye algunos de 1971). (obsoleta)

Aceite formulado para ofrecer una óptima protección contra la formación de depósitos a bajas y altas temperaturas, la corrosión, la herrumbre, así como la oxidación del aceite. Puede ser utilizados también donde se recomiendan aceites de servicio API “SD” o “SC”.

SF

Servicio típico para motores a gasolina en vehículos de pasajeros y algunos camiones livianos fabricados a partir de 1980

Los aceites diseñados para este servicio brindan protección superior frente a la oxidación del aceite y el desgaste, que los ofrecidos por los aceites que cumplen la categoría de servicio SE. También proveen protección a la formación de depósitos, la herrumbre y la corrosión. Los aceites que cumplen la categoría de servicio API “SE” “SD” o “SC” sean recomendadas.

SG

Servicio típico para motores a gasolina en vehículos de pasajeros y algunos camiones livianos fabricados a partir de 1988

Los aceites diseñados para servicio brindan excelente protección frente a la oxidación del aceite, desgaste del motor y formación de lodos. También proveen protección contra la herrumbre y la corrosión.

SH

Reune los requerimientos de garantía para vehículos modelo 1994 y más recientes

Mejora el control de depósitos, oxidación del aceite, desgaste, herrumbre y corrosión. Los aceites que cumplen la categoría de servicio API “SH” pueden usarse donde la categoría API para motores de gasolina sea recomendada.

SJ

Esta categoría de servicio está diseñada para atender los requerimientos de los motores a gasolina que equipan los vehículos posteriores a 1.996

Esta clasificación también es usada en reemplazo de las clasificaciones anteriores SH,SG para lubricar motores cuatro tiempos a gasolina de anteriores años de fabricación. Adicional y respecto a la clasificación SH mejora el control en el sistema de emisiones, volatilidad y economía de combustible, esto último para los grados SAE 0W30, 5W30 y 10W30 según especificación ILSAC GF-2. ILSAC GF-2 cumple clasificación API SJ pero API SJ no necesariamente cumple ILSAC GF2.

SL

Categoría de servicio diseñada para atender los requerimientos de los motores cuatro tiempos a gasolina que equipan los vehículosdde fabricación posterior al año 2.000.

Adicional y respecto a la clasificación SJ mejora el control respecto a mayores niveles de desempeño, menores emisiones, menor volatilidad y mayor economía de combustible en motores sobre vehículos para los que se haya recomendado el uso de aceites que tambien cumplan ILSAC GF-3. ILSAC GF-3 cumpliría clasificación API SK pero API SK no necesariamente cumpliría ILSAC GF-3.

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Módulo Dos PRUEBAS DE MOTOR DETERMINAN CALIDAD DE ACEITES

Propiedad

Función

Prueba de Motor Que determina propiedad

Dispersante

• Detergencia diesel • Control de barniz y lodos • Control de depósitos a altas temperaturas

1-H2 ó 1-G2, 1K, 1N VE, VE1, IIIE L-38 NTC400 TEOST, Filtrabilidad

Detergentes Metálicos

• Detergencia diesel • Control de desgaste de cilindro y anillo • Inhibición de herrumbre

Antioxidante

• Control de oxidación

1K,NTC400, 1N T6, T7, T8 BRT (Bail Rust Test) Bench Corrosion IIIF

Agentes Antidesgaste

• Control de desgaste de anillos/cilindros y tren de válvulas • Control de desgaste y corrosión de cojinetes

IIIE, VE, secuencia VIA (KA24E), VG

• Economía de combustible • Economía de aceite • Viscosidad a alta temperatura

Secuencia VI, secuencia VIB Noack, volatilidad 6V53T (6V92T)

• Poder Dispersante

VE, VG, IIIF 1K,T6, T7, NTC400, T8, 1N HTH5

Modificadores de Fricción Mejoradores de Viscosidad

• Estabilidad del aditivo Desempeño General

• Reducción emisiones • Prolongación servicio • Protección del sistema de control de emisiones

T6 T7, T8

CRC L-38, secuencia VIII

Noack, punto de chispa, volatilidad, contenido de fósforo Espuma, filtrabilidad, Bombeabilidad, IIIF OPEST

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Módulo Dos ENSAYOS HABITUALES

GASOLINA Oldsmobile Buick Ford Labeco Buick Labeco Ford Peuggot Ford Nissan AAMA

BRT IIIF VG L-38 VI VIII OPEST MHT TEOST VIB IVA BRT

Inhibición de herrumbre Control de oxidación y desgaste Control de barniz y lodos Cojinetes de biela - Control corrosión Economía de combustible Cojinetes de biela, tren de válvulas - Control corrosión Protección al sistema de control de emisiones Control depósitos y desgaste Economía de combustible Desgaste tren de válvulas Protección contra herrumbre y corrosión

DIESEL MONOCILINDRICO: Caterpillar 1-H2 Caterpillar 1-G2 Caterpillar 1-K Caterpillar 1-M - PC Caterpillar 1-N

Detergencia diesel Detergencia diesel Detergencia diesel/consumo aceite Detergencia diesel/consumo aceite Detergencia /consumo aceite

DIESEL MULTICILINDRICO: Mack T-6 Mack T-7 Mack T-8 Cummins NTC 400 Detroit Diesel 6V92TA GM Powertrain 6.2L

Control de depósitos Aumento de viscosidad Aumento de viscosidad, filtrabilidad, consumo aceite Consumo aceite Control de depósitos y pulido de camisa Control de desgaste

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Módulo Dos Más acerca de

LAS PRUEBAS DE MOTOR

BRT (Ball Rust Test) • Determina la capacidad del lubricante para pro teger el motor contra la formación de herrumbre y corrosión • Simula viajes cortos en climas fríos • La baja temperatura de operación induce una ma yor condensación de humedad y vapores ácidos • Jeringa de 20 c.c. que contiene una bola metáli ca suspendida en 10 c.c. de aceite muestra so metida a agitación y a la adición de ácido acético en ratas de 0.19 ml./hr. Costos aprox. US $ 13.000

SECUENCIA IIIF • Determina la capacidad del Lubricante para: -Evitar el aumento de viscosidad por oxidación a alta temperatura -Proteger contra el desgaste -Proteger contra la formación de barniz y lodo • Simula condiciones de alta velocidad/alta temperatura/alta carga (ej: arrastre de trailer a alta velocidad) • La alta temperatura induce una mayor oxidación del aceite Costos aprox. US $ 22.000

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SECUENCIA VG • Reemplaza la secuencia VE en lo relativoformulación de lodos y barnices • Determina la capacidad del lubricante para: - Evitar la formación de barnices y lodos que se producen en condiciones de parada y arranque VG • Simula tráfico combinado de ciudad y autopista VG • Las temperaturas bajas y medias estimulan la formación de lodos y barnices VG • La gasolina sin plomo hace más severa la formación de depósitos VG Costos aprox. US $ 30.000

SECUENCIA VIII • Determina la capacidad del lubricante para: - Evitar la corrosión de cojinetes - Evitar el aumento de viscosidad por oxidación a alta temperatura - Evitar la pérdida de viscosidad por cizallamiento del polímero en aceite multígrado (estabilidad al corte) • Simula condiciones de alta velocidad y alta temperatura • Se utiliza gasolina sin plomo Costos aprox. US $ 8.000

SECUENCIA VI • Mide el ahorro de combustible en un aceite de cárter para motor en relación con un aceite de referencia • La prueba se correlaciona 1.1 con prueba de vehículos con ciclo de manejo EPA 55/45 • El procedimiento fue diseñado para simular el comportamiento esperado durante el manejo urbano/suburbano en clima moderado Costos aprox. US $ 20.000

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CATERPILLAR 1-G2/1-H2 • Determina la capacidad del lubricante para: - Evitar la formación de depósito en la zona de los anillos - Evitar la formación de depósito en el pistón - Proteger contra el desgaste • Prueba 1-G2 Simula condiciones de: - Alta velocidad - Sobrealimentación alta - Carga pesada • Prueba 1-H2 Simula condiciones de: - Alta velocidad - Sobrealimentación moderada - Carga mediana Costos aprox. US $ 20.000

CATERPILLAR 1-N • Determina la capacidad del lubricante para: - Evitar la formación de depósito en: + Zona de anillos (entre 3º y 4º) + 3º ranura (Causantes de pegamiento y fatiga que resultan en aumento de consumo de aceite) - Evitar la formación de depósito en el pistón - Proteger contra el desgaste • Simula condiciones de: - Alta velocidad - Motor super-alimentado Costos aprox. US $ 22.000

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MACK T-6 • Determina la capacidad del lubricante para: -

Controlar el consumo de aceite Controlar los depósitos en el pistón Proteger contra el desgaste de los anillos Proteger contra el atascamiento de anillos Controlar el aumento de la viscosidad

• Simula condiciones de velocidad variable y muy alta carga con temperaturas moderadamente altas • La alta carga y alta temperatura hacen más severa la formación de depósitos Costos aprox. US $ 61.000

MACK T-7 • Evalúa la capacidad del aceite para evitar el aumento de viscosidad debido a la aglomeración de hollín • Simula condiciones de parada y arranque, a carga baja y mediana Costos aprox. US $ 17.000

MACK T-8 • Evalúa la capacidad del aceite a resistir el aumento de viscosidad y taponamiento de filtros a causa del hollín • Economía en el consumo de aceite Costos aprox. US $ 17.000

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CUMMINS NTC-400 • Determina la capacidad del lubricante para: - Controlar y mantener bajo consumo de aceite - Controlar los depósitos del pistón • Simula condiciones muy severas de alta velocidad, alta carga y alta temperatura Costos aprox. US $ 17.000

DETROIT DIESEL 6V92TA • Prueba de motor diesel de dos tiempos para determinar la capacidad del lubricante para: - Controlar la formación de depósitos en el pistón - Evitar el desgaste de anillos y camisas • Simula ciclos de alta carga, alta velocidad y marcha en vacío • Condiciones de operación típica de equipos bélicos terrestres Costos aprox. US $ 50.000

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Módulo Dos

RESUMEN DE LA SECCION DOS Los lubricantes de los motores diesel deben lubricar, refrigerar, sellar, proteger contra la corrosión y mantener la limpieza. Estas funciones se llevan a cabo en un ambiente extremadamente hostil. La propiedad más importante requerida de un lubricante para motores diesel es una viscosidad adecuada. El lubricante debe ser lo suficientemente viscoso para proporcionar una lubricación efectiva y una película sellante, y no tan viscoso que disminuya la eficiencia del motor. Un lubricante para motores diesel debe tener un índice de viscosidad apropiado para asegurar que la viscosidad permanezca dentro de los límites aceptables a la más baja y la más alta temperatura a la cual operan los motores. Muchos de los aceites para motores diesel son aceites multígrados con alto índice de viscosidad. Los motores diesel que son usados en ambientes fríos deben ser lubricados con un aceite con buenas características de viscosidad a bajas temperaturas y un bajo punto de fluidez.

Otras características importantes que un lubricante para motores diesel debe tener son: - Estabilidad térmica y a la oxidación, para minimizar la degradación con la formación de ácidos, lodos y lacas. - Propiedades anticorrosivas, para proteger el motor de la acción de los ácidos formados por la combustión de combustibles y la oxidación del lubricante. - Propiedades antidesgaste, para minimizar el desgaste mecánico. - Detergencia y dispersancia, para mantener limpio el motor. - Propiedades antiespuma. La API (en los USA) y la ACEA (anterior CCMC en Europa) administran los sistemas con los cuales se regulan las calidades de desempeño de los aceites para motores diesel y gasolina de automotores. Estos sistemas solamente especifican los requerimientos mínimos con los cuales un aceite debe cumplir.

Motores SECCION TRES LUBRICACION DE LOS MOTORES DE DOS TIEMPOS Características: El motor de gasolina de dos tiempos no tiene árbol de levas, taqués, válvulas, etc., por carecer del mecanismo de distribución. El cárter hace las veces de cámara bomba, la cual aspira la mezcla de gasolina y aire del carburador y la envía hacia los cilindros donde se produce la combustión. En el cárter se realiza una primera compresión de la mezcla. El cilindro tiene tres lumbreras que son: Lumbrera de escape, por la que salen los gases quemados, lumbrera de carga de gases en el cilindro y lumbrera de admisión, por la que la mezcla del carburador llega al motor y entra al cárter. Los gases frescos al entrar al cilindro ayudan a salir a los gases quemados en la explosión, esta operación es conocida como barrido y es muy importante en este tipo de motores. Funcionamiento El motor a gasolina de dos tiempos funciona en forma similar al motor diesel de dos tiempos (pág. 11), pero en el motor a gasolina se comprime la mezcla aire, gasolina, aceite y la explosión ocurre mediante el salto de una chispa.


Módulo Dos El diseño de los motores de dos tiempos incorpora cojinetes de bolas y de rodillos en el cigüeñal a fin de reducir al mínimo la necesidad de lubricación y lo único que se requiere es una fina película de aceite en todo el motor.

Motores


Módulo Dos BUJIA

COMPRESION MEZCLA DE AI RE Y COMBUSTIBLE

IGNICION CHISPA DE LA BUJIA

LUMBRERA DE ESCAPE

LUMBRERA DE ENTRADA AL CILINDRO

PI STON

CIGUEÑAL BI ELA DE LA BOMBA DE COMBUSTIBLE

CARTER

VENTURI

BOQUILLA DE COMBUSTIBLE AI RE

ENTRADAY MEZCLA DE AIRE Y COMBUSTIBLE

ESCAPE ESCAPE DE GASES DE COMBUSTION

ENTRADA Y MEZCLA DE AI RE Y COMBUSTIBLE AL CILINDRO

SALIDA DE GASES DE COMBUSTION Y REMANENTES

Motores Sistema de lubricación El aceite se mezcla con la gasolina y se introduce en el cárter durante la aspiración. Al detenerse repentinamente los gases (al llenarse el cárter), partículas de aceite se precipitan en el cárter; una vez que la mezcla de gasolina y aire entra en el motor caliente, la mayor parte de la gasolina se evapora, dejando en las superficies internas una película rica en aceite que va a lubricar los cojinetes y demás órganos en movimiento, al cilindro, pasa en la mezcla la parte necesaria para la lubricación de su pared superior. Se puede añadir el aceite a la gasolina en el tanque de combustible, de tal forma que entre continuamente en el motor junto con el carburante. Sin embargo alguno motores modernos tienen un tanque de aceite de donde se le inyecta al motor directamente. De cualquier forma el aceite circula por todo el motor, pasando por la cámara de combustión y saliendo por el escape. El tanque de aceite con inyección directa, tiene la ventaja de que su flujo se puede regular automática y continuamente de acuerdo con las necesidades del motor. Es decir, cuando el motor trabaja mucho, fluye más aceite con relación a la gasolina. Gran parte de aceite es quemado en la cámara de combustión y es expulsado con los gases de escape. Los hidrocarburos no expulsados o no quemados adecuadamente pueden causar: Aumento de emisiones, alto consumo de aceite, depósitos y eventualmente falla del motor.


Módulo Dos El aceite y el combustible deben estar bien mezclados antes de entrar al cilindro. Para asegurar una mezcla totalmente compatible con el combustible se utiliza un diluyente especial. Las funciones de los lubricantes para motores a gasolina de dos tiempos Los lubricantes para motores a gasolina de dos tiempos deben cumplir las siguientes funciones: Lubricar los cojinetes Refrigerar Proteger contra: - El desgaste - El rayado - El pegamiento de anillos - Herrumbre - Bloqueo de lumbreras - Preignición

Motores PROBLEMAS EN MOTORES DE DOS TIEMPOS A continuación veremos los principales problemas que se pueden presentar en los motores a gasolina de dos tiempos: El bloqueo de lumbreras, es ocasionado por la acumulación de carbón y cenizas alrededor de las aberturas de éstas. La obstrucción de lumbreras depende bastante del lubricante, de su nivel de dispersancia y de su tendencia a la formación de cenizas y carbón. La formación de depósitos en las bujías, se debe a la acumulación de carbón y cenizas. Las acumulaciones de carbón ocurren por bajas temperaturas de combustión y a condiciones ricas de combustible-aire-aceite. Las cenizas provienen de combustibles y lubricantes en condiciones de alta temperatura de operación.


Módulo Dos carbón los cuales interfieren con el libre movimiento y sellado de los anillos, dependiendo de la cantidad y tipo de los depósitos puede ocurrir adherencia de los anillos tanto en caliente como en frío, la adherencia de los anillos produce pérdida de compresión, difícil arranque, pérdida de potencia, desgaste de la pared del cilindro y de los anillos del pistón. Propiedades de los lubricantes para motores a gasolina de dos tiempos Cuando la mezcla de gasolina y aceite entra en un motor de dos tiempos caliente, la gasolina se evapora en su mayor parte, dejando en las superficies internas una película rica en aceite. En este tipo de motor, todo el aceite pasa por la cámara de combustión, por lo tanto es necesario que el aceite tenga alta resistencia a quemarse y a formar coque (carbonilla).

Preignición, acumulación de cenizas y carbón en la cámara de combustión, el tope del cilindro y la corona del pistón, estos depósitos originados en la mezcla combustible-aceite se vuelven incandescentes y producen pérdidas de potencia, pérdidas de calor y temperaturas más altas en cilindro y pistón.

El coque es producto de la oxidación y tiende a acumularse y obstruir el sistema de escape. Debido a esto los aceites para motores de dos tiempos deben tener buenas propiedades antioxidantes. El aceite debe ofrecer también buena protección contra la corrosión, para evitar la formación de herrumbre y el rápido desgaste de los cojinetes de bolas y de rodillos del cigüeñal.

Adherencia de los anillos del pistón, los subproductos parcialmente quemados de la gasolina y el aceite y las altas temperaturas de operación conducen a la formación de hidrocarburos reactivos, formando barnices y depósitos de

En el motor de dos tiempos, la combustión ocurre con doble frecuencia que en el de cuatro tiempos, lo que quiere decir que las temperaturas de los cilindros son más elevadas. Esto, a su vez significa que el aditivo antioxidante tiene que sa-

Motores tisfacer más exigencias para evitar que los anillos del pistón se queden adheridos; pero el aceite base puede estar compuesto de tal forma que haya menor riesgo de que las altas temperaturas causen el agarrotamiento de los pistones. Para proteger los motores enfriados por aire contra el pegamiento de los anillos, a sus altas temperaturas de operación, se incluyen aditivos detergentes. Cuando se queman con el combustible estos aditivos producen depósitos de cenizas, pequeñas cantidades de éstas pueden ser manejadas por el motor, el cual al vibrar las desaloja y son expulsadas por los sistemas de escape. Los motores fuera de borda (enfriados por agua) funcionan durante largos períodos a velocidad constante. A velocidad baja durante largo tiempo, tienden a acumular depósitos en las cámaras de combustión. Si luego hay un cambio repentino a velocidades más elevadas, estos depósitos pueden causar el preencendido (o encendido prematuro), así llamado porque el encendido se produce antes de haber saltado la chispa de la bujía, esto puede causar grandes averías del motor. Para evitar esto se aplican aditivos que impidan la acumulación de depósitos en las cámaras de combustión; los depósitos de ceniza de la combustión de los aditivos metálicos comúnmente usados son los que más causan el preencendido. Por eso los aceites para motores fuera de borda se formulan con aditivos no metálicos sin ceniza.


Módulo Dos En resumen, un aceite para motor de dos tiempos debe reunir las siguientes propiedades: - Viscosidad apropiada para mantener la lubri cación hidrodinámica. - Resistencia a la formación de depósitos du rante su exposición a altas temperaturas. - Mantener buenas propiedades de flujo. - Mantener limpio el motor. - Propiedades antidesgaste. - Capacidad para prevenir la herrumbre. Principales diferencias entre aceites enfriados por agua (fuera de borda) y enfriados por aire: Los motores fuera de borda funcionan durante largos períodos a velocidad constante. En los motores enfriados por aire la velocidad es variable. Los motores fuera de borda emplean agua salina la cual es de una corrosividad muy elevada, por lo cual requieren aceites de muy buen nivel de protección contra la herrumbre y la corrosión. Los aceites para motores fuera de borda requieren aditivos sin cenizas para controlar los depósitos sin causar preencendido. Los aceites para motores fuera de borda requieren una gran cantidad de aditivos, antioxidantes y dispersantes para controlar la formación de depósitos debido a que no contienen aditivos detergentes.

Motores La temperatura promedio del pistón en los motores fuera de borda es moderada mientras que la del pistón del motor enfriado por aire es baja, sin embargo, la temperatura en la cabeza del pistón es alta en los enfriados por aire y moderada en los motores fuera de borda.


Módulo Dos

Motores ADITIVOS COMUNMENTE UTILIZADOS POR LOS LUBRICANTES PARA MOTORES DE DOS TIEMPOS Aceites para motores fuera de borda: -

Dispersantes Antioxidantes Inhibidores de herrumbre Inhibidores de corrosión Agentes antidesgaste

Aceites para motores enfriados por aire: -

Detergentes Dispersantes Agentes antidesgaste Antioxidantes


Módulo Dos

Motores


Módulo Dos

CLASIFICACION DE ACEITES PARA MOTORES DE DOS TIEMPOS A GASOLINA

Clasificación de Servicio API para motores de dos tiempos a gasolina Designación

Requerimientos Críticos

Ejemplo de Aplicación

Pruebas

TA

- Rayado del pistón - Obstrucción del sistema de escape

Podadoras Generadores pequeños

Yamaha CE50S

- Desgaste del pistón - Preignición inducida y depósitos - Pérdida de potencia debida a depósitos en la cámara de combustión

Motonetas Motocicletas (< 250 c.c.)

Vespa 125 TS

- Rayado del pistón - Preignición inducida y depósitos - Atascamiento de anillos rendimiento

Sierras cadenas con pobre relación de aceite /combustible Motocicletas de alto Yamaha CE50S

y

- Rayado de pistón - Atascamiento de anillos - Preignición inducida y depósitos

Motores fuera de borda

NMMA TC-W

TB

TC

TD

Relación de aceite/combustible

Yamaha Y350M-2

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Módulo Dos

CLASIFICACION JASO Razones para desarrollar una norma para aceite de dos tiempos I. Japón es el líder mundial en fabricación de motores de dos tiempos y no cuenta con una normativa para los lubricantes de dos tiempos. II. Aunque hay norma "API" al respecto, no expresa los requisitos de calidad necesarios.

III. Una necesidad a raíz de los reclamos por falla de motores y nuevas legislaciones en algunos países. El desarrollo de las normas JASO ayudará a mejorar la calidad de los aceites para motores de dos tiempos y asegurar que el consumidor esté comprando el aceite adecuado.

Conceptos de la norma JASO 2T Clasificación por nivel de rendimiento Parámetros

Ensayo

Motor

Método

1. Anti-encajamiento de pistón

I Lubricidad

Honda Super DIO SK50M

MOD ASTM D-4863-88

II Detergencia

Honda Super DIO SK50M

1 hora alta velocidad

III Obturación de silenciador

Susuki SX-800 Generador

50 horas

Susuki SX-800 Generador

Sokken LESM-2 detector de humo

2. Rayado de anillos 3. Pegamiento de anillos 4. Obturación lumbrera escape 5. Formación de depósitos 6. Limpieza de pistón 7. Obturación de silenciador 8. Humo

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Módulo Dos

Clasificación JASO 2T según nivel de calidad

• GD será definido para cumplir los requisitos de los fabricantes europeos.

JASO

FA

FB

FC

Lubricidad

90 min.

95 min.

95 min.

Detergencia

80 min.

85 min.

95 min.

Humo

40 min.

45 min.

85 min.

• Todos los resultados son informados como "In dice de evaluación" al ser comparados con el aceite de referencia JATRE-1 (=100). Indices mayores a 100 indican mejor desempeño comparado con JATRE-1.

Obturación sistema escape

30 min.

45 min.

90 min.

Especificaciones 2 T de Lubricación Global JASO

• JATRE-1: Aceite de referencia JASO • Todos los resultados son informados como "ín dice de evaluación" al ser comparados con el aceite al referencia JATRE-1 (=100). Indices mayores a 100 indican mejor desempeño com parado con JATRE-1 Clasificación propuesta para el sistema Global de 2T

Esp. Global Esp. JASO

N/A

GB

GC

GD

FA

FB

FC

N/A

Lubricidad

90 min. 95 min. 95 min. 105 min.

Detergencia

80 min. 85 min. 95 min. 105 min.

Humo

40 min. 45 min. 85 min. 185 min.

Obturación sistema escape

30 min. 45 min. 90 min. 90 min.

FA

GA

GB

FB

FC

GC

Lubricidad

Pobre

Buena Buena

Exc.

Detergencia

Mediana Buena Buena

Exc.

Control de Humo Pobre

Pobre

Buena

Buena ++

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Módulo Dos

CLASIFICACION PARA MOTORES DE DOS TIEMPOS ENFRIADOS POR AGUA

Ensayos para el nivel de calidad TC-W3™ del NMMA

Normas NMMA (National Marine Manufacturers Association)

• Lubricidad

• TC-W • TC -WII® • TC - W3™ • TC - W3

1960 - 1988 1988 - 1993 1992 1996 Recertificada

TC - WII ® - Procedimiento vigente de NMMA

-

Mide la protección contra rayado brindado por el aditivo de lubricidad empleado en la formulación.

-

Motor Yamaha 50 c.c. a máxima apertura/4.000 r.p.m.

-

Lubricidad del aceite evaluado en condiciones de máxima severidad: Relación combustible: aceite 150:1

-

Interrumpido el aire de enfriamien to, se mide pérdida de torque mien tras que la temperatura de la bujía asciende a 350ºC

-

La pérdida de torque tiene que ser igual o menor que los resultados arrojados por el aceite de referen cia.

-

La referencia TC-W3 brinda una mayor, de aproximadamente el 10% sobre la referencia para TC-WII®

Procedimientos de ensayo: •

Ensayos de Banco: - Herrumbre - Miscibilidad - Fluidez - GEL/Filtrabilidad

•

Ensayos de motor: I Desempeño General 40 HP Johnson 100:1 Relación combustible:aceite 98 Hrs II Ensayo de ajuste -Lubricidad Yamaha 50 c.c. III Ensayo de preignición Yamaha 50 c.c.

Motores SECCION CUATRO ANALISIS DE ACEITES USADOS Contaminación del aceite lubricante La combustión completa de un combustible en base de hidrocarburos en un exceso de aire (mezcla de oxígeno y nitrógeno) produce dióxido de carbono, agua y trazas de óxido de nitrógeno. La presencia de azufre en todos los grados de combustibles comerciales conduce a la formación de óxidos de azufre. Estos óxidos combinados con el agua de la combustión producen ácidos inorgánicos de azufre los cuales son corrosivos. En la práctica la combustión tiende a ser incompleta dando como resultado la producción del monóxido de carbono y ácidos orgánicos solubles en el aceite. Estos ácidos pueden producir lacas livianas. Los componentes insaturados del combustible pueden reaccionar más por polimerización formando lacas pesadas y materiales resinosos los cuales pueden ser más o menos solubles en el aceite; materiales insolubles en el aceite conocidos como carbón u hollín pueden ser producidos. El hollín o carbón no es carbono puro pero está compuesto de sustancias ricas en carbono. La mayoría de estos productos de combustión son expulsados a través del sistema de escape del motor. Sin embargo, una proporción menor pasa como blow-by entre los anillos del pistón y las camisas, éste blow-by entra en contacto con el aceite en el cárter, el cual los absorbe.


Módulo Dos En motores turbocargados, el aceite es enviado a lubricar el compresor. La alta temperatura de los gases de escape, combinada con el oxígeno que pasa a través de los sellos, puede incrementar marcadamente el nivel de oxidación en el aceite, aumentando las cantidades de ácido y materiales tipo laca. Los motores diesel de alta velocidad con pequeña capacidad en el cárter, generalmente tienen características pobres de combustión, por lo tanto introducen altos niveles de hollín en el aceite con cantidades variables de lacas. Los altos niveles de contaminación con hollín en los aceites de cárter de estos motores son la primera causa de la formación de lodos. Todo lo anteriormente descrito son vías normales de contaminación que pueden afectar el aceite en motores diesel razonablemente bien mantenidos. Puede tomarse por regla general que motores mal mantenidos tendrán peores características de combustión y mayores niveles de contaminación que motores con buen mantenimiento. Una relación alta de consumo bajará el nivel de contaminación encontrada en el lubricante a causa de la adición de aceite nuevo. Contrariamente una relación baja de consumo de aceite incrementará el nivel de contaminación en el aceite de cárter debido a que los contaminantes no son removidos ni diluidos por aceite nuevo.

Motores Fallas de los empaques o agrietamiento del bloque del cilindro permitirán que ocurran altos niveles de contaminación con refrigerante. El refrigerante puede ser agua o puede ser anticongelante de glicol. Tal contaminación causará anormalmente altos niveles de lodos y formación de lacas. El bloqueo de los filtros de aceite y la desviación de éste a través del by pass del filtro permitirán que partículas circulen libremente en el motor, pudiendo presentarse desgaste excesivo de cojinetes. Partículas grandes de hollín también permanecerán en el aceite y contribuirán a la formación temprana de depósitos en el motor y a la disminución del flujo de aceite. Filtros de aire ineficientes permitirán que polvo abrasivo de sílice entre al aceite a través de los gases de blow-by. Esto causará desgaste excesivo del motor. El comienzo del desgaste excesivo puede ser mostrado por un incremento del nivel de metales de desgaste en el aceite tales como hierro. El tiempo incorrecto de inyección puede conducir al sobrecalentamiento y la formación excesiva de lacas en el aceite. Fallas en el mantenimiento o daño del equipo de inyección de combustible pueden llevar a niveles excesivos de hollín en el aceite tanto como al incremento de los niveles de emisión de humo negro. Las fallas anteriormente listadas están asociadas con mal mantenimiento de los motores.


Módulo Dos

Motores LOS ANALISIS DE ACEITE USADO • Muchos factores afectan la vida del aceite - Severidad de operación - Características de los motores - Mantenimiento - Calidad del combustible - Calidad del aceite


Módulo Dos FACTORES QUE AFECTAN LA COMPOSICION DEL ACEITE DEL MOTOR FACTOR Desgaste de Motores

Acumulación de metales de desgaste Disminución de agentes antidesgaste Cataliza la oxidación del aceite

Producción de ácidos subproductos de combustión

Reducción en el número de base total (TBN) Aumento en el número de ácido total (TAN)

Producción de hollín

Acumulación de hollín Aumento de viscosidad

• El análisis de aceite usado determina el estado del aceite de motor y lo apto que es el lubricante • Las propiedades importantes del aceite son observadas a medida que se acumula el kilometraje. • Los intervalos de drenaje pueden alterarse con base en lo que se descubra con el análisis de aceite usado.

IMPACTO

SOBRE EL ACEITE

Contaminante presente en el aire Acumulación de (polvo, partículas abrasivas, etc.) contaminantes en el aceite Dilución por combustible

Reducción de viscosidad

Oxidación de aceite

Aumento de viscosidad Acumulación de insolubles

Fuga de refrigerante

Agua Aditivo refrigerantes en el aceite

Cizallamiento permanente del modificador de viscosidad (sólo para aceites multígardos)

Disminución de viscosidad

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Módulo Dos ANALISIS DE METALES DE DESGASTE

ANALISIS DE METALES DE ACEITES DE MOTOR USADOS METAL Calcio Magnesio Sodio Zinc Fósforo Bario Boro Hierro Plomo Aluminio Níquel Sodio Silicio Cobre Cromo

FUENTE

El análisis elemental por espectroscopia de emisión atómica determina la cantidad de metales de desgaste de un tamaño hasta de 10 micras. -

Estas partículas representarían desgaste por rozamiento o desgaste corrosivo.

-

Lecturas anormales muy altas pueden activar una solicitud de pruebas de ferrografía.

Aditivos del lubricante

Desgaste del motor METALES DE DESGASTE COMUNES PARA ACEITES DE MOTOR Fugas de refrigerante Suciedad, arena, aditivos del lubricante Desgaste de cojinetes, aditivos del lubricante Desgaste de anillos, fugas de refrigerante

ELEMENTO

FUENTE

Hierro

Cilindros, camisas, anillos de pistón, piezas de tren de válvulas, herrumbre

Cromo

Anillos de pistón, refrigerante

Aluminio

Pistones

Plomo

Cojinetes, gasolinas con tetraetilo de plomo

Cobre

Cojinetes, bujes, aditivo de aceite

Plata

Bujes de pasador del pistón (bujes de plata utilizados únicamente en motores diesel ferroviarios por EMD)

Estaño

Cojinetes

Motores


Módulo Dos VISCOSIDAD DEL ACEITE USADO ALTA VISCOSIDAD • Impide el buen rendimiento del lubricante

PRUEBAS TIPICAS DE ACEITES USADOS

• Puede acelerar el desgaste y la corrosión

• Viscosidad

• Podría dar lugar a filtros tupidos, anillos atascados o depósitos en los pistones.

• Insolubles • TAN/TBN • Dilución por combustible

BAJA VISCOSIDAD

• Punto de inflamación

• Reduce el espesor de la película del aceite y su habili dad para impedir el contacto de metal con metal.

• Agua

• Una reducción grande podría dar lugar a falla de cojinete y/o agarrotamiento del pistón

• Glicol

CAUSAS POSIBLES DE ALTO AUMENTO DE VISCOSIDAD DEL ACEITE OXIDACION DE ACEITE

• • • •

CONTAMINACION CON

• Fuga en los sistemas de refrigeración

REFRIGERANTE

• Puede aumentar la oxidación del aceite

INSOLUBLES

• Hollín (mala combustión) • Intervalo excesivo de cambio de aceite

ACEITE INAPROPIADO

• Se añadió un aceite de más alta viscosidad

Motor sobrecalentado Intervalo de cambio de aceite excesivo Puede ser acelerado por metales de desgaste Calidad de aceite insuficiente (baja calidad API)

Motores


Módulo Dos

CAUSAS POSIBLES DE PERDIDA DE VISCOSIDAD DEL ACEITE DILUCION DE COMBUSTIBLE

• • • • •

CIZALLAMIENTO DEL MODIFICADOR DE VISCOSIDAD

• Acción de cizallamiento del motor

ACEITE INADECUADO

• Se añadió aceite de viscosidad más baja

Marcha prolongada sin carga Inyectores de combustible de fectuosos Tiempo de inyección no apropiado Conexiones sueltas, fuga de combustible Operación a baja temperatura

SOLIDOS DEL ACEITE USADO • Hollín por combustión pobre - Relaciones inadecuadas de aire/combustible - Inyectores defectuosos - Baja compresión • Contaminantes - Ambientales - Polvo/suciedad en el aire • Oxidación de aceite - Temperaturas de aceite muy altas - Intervalos largos de drenaje de aceite - Calidad equivocada de aceite • Lodos

Motores


Módulo Dos NUMERO DE BASE TOTAL (TBN) (ASTM D 2896)*

• TBN es una medida de la alcalinidad o de la capacidad del aceite de neutralizar ácidos formados durante la combustión del diesel y/o oxidación. • TBN proviene de los dispersantes y los detergentes metálicos contenidos en el aceite. EL BAJO TBN DEL ACEITE USADO ES CAUSADO POR • Períodos de cambio de aceite demasiado prolongados. • Calidad inapropiada de aceite - Usando un aceite con TBN insuficiente para el contenido de azufre de combustible diesel. * Caterpillar recomienda el método D 2896. El método D 664 es obsoleto.

DILUCION POR COMBUSTIBLE • Operación inapropiada del motor - Marcha prolongada sin carga. - Inyectores, bombas o líneas de combustible defectuosas y tiempo de inyección inapropiado. • Pruebas de laboratorio - Punto de inflamación. - Dilución por combustible. - Viscosidad del aceite usado. - Cromatografía de gas.

CONTAMINACION POR AGUA • Producto de la combustión - Evaporada normalmente a las altas temperaturas del motor. - Puede acumularse en el aceite durante marcha sin carga prolongada u operación a baja temperatura. • Fugas de refrigerantes - En los bloques o culatas. - Sellos o juntas malas. - Enfriadores de aceite defectuosos. • Pruebas de laboratorio - Análisis elemental (sodio, boro o silicio). - Análisis de rayos infrarrojos. - ASTM D 95.

Motores


Módulo Dos INTERPRETACION DE RESULTADOS

• Niveles absolutos de metales de desgaste en cualquier momento dado pueden con ducir a conclusiones equivocadas. • La preocupación relevante es la tasa de desgaste; es decir, cambio en los niveles de metales con el tiempo y el kilometraje. • El consumo de aceite y la adición del mismo afectan la concentración de metales en cualquier momento dado, - Metales concentrados por pérdidas de evaporación. - Metales transportados por pérdidas viscométricas. - Metales de desgaste diluidos por el aceite de relleno. • El muestreo y análisis periódicos son críticos para una evaluación significativa de la calidad del aceite y del motor.

Motores FALLAS EN LOS MOTORES A continuación damos una guía de problemas en motores y sus posibles causas: 1. Problemas de compresión: Cuando la compresión no es adecuada hay pér dida de potencia. POSIBLES CAUSAS a) Válvulas Juego de Taqués: Si es excesivo, se disminuye el tiempo de entrada de los gases y de escape de los quemados, lo que hace disminuir la potencia. Si es escasa la holgura, las válvulas no cerrarán bien sobre sus asientos al funcionar a la temperatura normal y la compresión será muy pobre. Resortes de las válvulas: Si están rotos o sin fuerza la válvula cierra con poca fuerza y probablemente con retraso con respecto a la leva. Vástagos de las válvulas: Si están sucias o sin aceite las válvulas pueden quedar abiertas. Si se ha desgastado o lo ha hecho la guía, se producirá entrada de aire adicional que empobrecerá la mezcla. Cabeza de válvulas: Muy sucias o hacen mala compresión. Carbón: En cámara de compresión, puede hacer que una válvula cierre mal.


Módulo Dos b) Causa por fugas En las bujías En las juntas de la culata Anillos gastados Anillos girados: Si se han girado en las ranuras del pistón y se han alineado las hendiduras verticalmente, se pierde por ello la compresión. 2. Problemas de presión: El manómetro marca la presión del aceite en el recorrido, no a la salida de la bomba. El manómetro no marca presión: Falta de aceite Manómetro dañado Filtro obstruido Deterioro en la bomba de aceite Rotura del tubo Válvula de descarga El manómetro marca poca presión, Aceite diluido Aceite muy caliente Filtro sucio Cojinetes gastados Ruptura excesiva del aditivo mejorador de KVI

El manómetro marca exceso de presión, Aceite frío Filtro sucio, obstruido en el sistema de filtrado parcial por derivación Conductos obstruidos Válvula de descarga no funciona

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EJEMPLOS TIPICOS DE FALLAS RELACIONADAS CON EL ACEITE LUBRICANTE Cojinetes Las fallas de cojinetes relacionadas con el aceite lubricante se atribuyen generalmente a dos fallas: A la falta de lubricación o a tierra en el aceite. La falla de lubricación o agotamiento en el aceite lubricante significa que la película de aceite entre el muñón del cigüeñal y el cojinete es insuficiente. El funcionamiento prolongado del motor con una insuficiente película de aceite causará que el deterioro del cojinete aumente rápidamente yendo desde un rozamiento a un desgaste excesivo para llegar finalmente al agarrotamiento del cojinete. En la primera etapa es el "Rozamiento"; se puede ver el desplazamiento de la capa de plomo-estaño, normalmente en el centro del cojinete. En la segunda etapa, "Desgaste excesivo", se desplaza el aluminio en el centro del cojinete.

La última etapa del cojinete deteriorado por falta de lubricación es su agarrotamiento.

El cojinete está excesivamente gastado lo que produce un deterioro severo resultante de la falta de lubricación.

Y la etapa final es el "Agarrotamiento" total. En las tres etapas, el muñón desplaza parte del material del cojinete desde la corona hacia la superficie de contacto de cada mitad de cojinete. La cantidad de material desplazado depende de la severidad de la falta de lubricación.

El cojinete muestra un rozamiento que es la etapa inicial del

Motores


Módulo Dos en la siguiente sección los ejemplos de los deterioros del cigüeñal.

Juego de cojinetes deteriorados por falta de lubricación. Estos cojinetes muestran las tres etapas del deterioro.

La contaminación en el aceite produce abrasión y su resultado es la rayadura de la superficie del cojinete al desaparecer la película del aceite. Las partículas de hierro, acero, aluminio, plástico, madera, tela, etc., también pueden deteriorar las superficies del muñón. Al irse gastando las superficies del cojinete y del muñón, aumenta los espacios libres y cambia el espesor de la película de el aceite dando como resultado el apoyo desigual de las superficies.

Superficie del cojinete rayada. Se puede observar las partículas de residuos incrustadas en la superificie del cojinete.

Una de las principales causas del aceite contaminado es un filtro obstruido. Los filtros obstruídos permiten que el aceite sin filtrar conteniendo partículas de desgaste, tierra y residuos, alcancen a los cojinetes, rayándolos y deteriorando sus superficies. Un aceite excesivamente sucio puede producir deterioro aún después de cambiar el aceite. Parte de los abrasivos anteriores pueden haber quedado incrustados en el cojinete y hacer que el cojinete actúe como esmeril en el cigüeñal. Vea

Rayaduras y desgaste de la superficie del muñón.

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Rayaduras profundas y desgaste producidos por aceite sin filtrar. Se ha perdido parte de la capa de plomo-estaño.

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Cigüeñales El aceite que fluye a los cojinetes forma una película entre el muñón del cigüeñal y el cojinete. Durante una operación normal la rotación del muñón del cigüeñal impulsa el aceite que está debajo del muñón, entre el muñón y las dos mitades del cojinete, impidiendo el contacto de metal contra metal. La carencia de lubricante o "Agarrotamiento" del aceite permite el contacto del metal contra el metal, produciendo calor debido a la alta fricción y puede ocasionar que los cojinetes de aluminio se agarroten en el eje. En casos extremos, la superficie del cojinete ha llegado a quedar adherida de tal forma que la superficie del cigüeñal quedó destruida por completo.

Resultado del "agarrotamiento" del aceite.

El aceite contaminado puede producir un desgaste excesivo del cigüeñal causado siempre por la contaminación de abrasivos incrustados en el cojinete. Rotación del cigüeñal

Moléculas de aceite impulsadas por la rotación del cigüeñal

cojinete

Película de aceite

Moléculas de aceite forzadas entre el cigüeñal y el cojinete

Película de aceite entre el muñón del cigüeñal y los cojinetes.

Rayaduras profundas resultado del efecto de los abrasivos incrustados en la superficie del cojinete.

Motores


Módulo Dos

Pistones, anillos de pistón y camisas de cilindro. Las fallas del pistón relacionadas con el aceite se producen comúnmente por la acción abrasiva del aceite contaminado que desgasta la falda del pistón. Algunas indicaciones son: El color gris opaco de la falda del pistón, las superficies de cromo gastadas en todos los anillos, los rieles del anillo de aceite desgastados, ranuras muy desgastadas y cierto desgaste en la camisa. El desgaste abrasivo del pistón, que aparece en bandas en la falda del mismo, especialmente en la zona de la perforación del pasador, y el muy poco o ningún desgaste abrasivo en el primer resalto pueden ser producidos por la lubricación inadecuada de las camisas del cilindro.

Falda del pistón dañada por el desgaste abrasivo.

La interrupción de la película de aceite puede producir marcas de agarrotamiento. Los anillos del pistón pueden mostrar desgaste en las ranuras del resorte. Es normal cierto desgaste en la ranura del resorte pero si se descuidan los cambios de aceite se producirá el "Trabado" del anillo cuando el resorte quede atrapado en una ranura gastada y no se pueda expandir por completo. El daño de las camisas de cilindro puede ser producido por la falta de lubricación o los abrasivos que al pulir la perforación, elimina el dibujo reticular y dejan la superficie brillante y lisa.

Marcas de agarrotamiento desde la parte superior a la inferior, pueden indicar una falta del sistema de lubricación o de enfriamiento.

Motores

Desgaste producido por la falta de lubricación durante un corto período de tiempo.


Módulo Dos

Zonas brillantes y lisas de la superficie interna.

La densa acumulación de incrustaciones en el primero y el segundo resalto indica que el aceite no puede mantener limpio el pistón. La severa degradación y deterioración del aceite puede ser debida a un consumo insuficiente de aceite, un intervalo de cambio de aceite demasiado prolongado o una baja calidad de aceite.

Motores Turboalimentadores Los deterioros del turboalimentador relacionados con el aceite lubricante se producen por la contaminación del aceite o por la falta del mismo. Si el aceite tiene abrasivos, el desgaste aparece generalmente en varias partes. La contaminación del aceite puede producir erosión en las perforaciones de aceite de las arandelas de empuje. Los cojinetes del muñón mostrarán casi siempre el deterioro producido por las materias abrasivas. El desgaste por falta de lubricación probablemente va acompañado de decoloración debido al calor. El metal parece como frotado o raspado. El calor puede producir picaduras, asperezas y en casos severos la rotura del material. El arranque y la parada inadecuada pueden agravar las fallas del cojinete del turboalimentador. Para evitarlas se debe permitir que el motor se enfríe impidiendo que el aceite entre en ebullición y forme costras en el cojinete del turboalimentador después de una parada "Caliente". Tampoco se debe acelerar el motor en tiempo frío después del arranque, hasta que el aceite se haya calentado y pasado por los filtros. Si se acelera demasiado pronto, el aceite sin filtrar pasará a los cojinetes. La contaminación rayará y desgastará los cojinetes del turboalimentador siguiendo la misma progresión de deterioro que la producida por la falta de lubricante, permitiendo el movimiento del eje y deterioros secundarios, tales como el contacto de la rueda con la caja o que el eje se doble o se rompa.


Módulo Dos La contaminación puede obstruir los pasadizos internos del aceite y ocasionar fallas por falta de lubricante. El deterioro de los cojinetes del turboalimentador debido a la contaminación o a la falta de lubricación, permite el movimiento del eje que hace que la rueda del compresor toque su caja. El deterioro típico por contacto producido por el mivimiento del eje estará indicado por el rozamiento de la superficie con algunos de los álabes en el extremo inductor. En la parte posterior de la rueda, a 180° en donde aparece la superficie rozada, habrá señales de contacto con la caja central.

Rayaduras profundas y deterioro de las perforaciones de aceite del cojinete.

Deterioro debido a partículas grandes en el aceite. Las rayaduras grandes y anchas alrededor de los cojinetes del eje, indican que las partículas grandes, como esquirlas de acero, pasaron al turboalimentador con el aceite lubricante.

Motores


Módulo Dos

La falla de lubricante hizo que este cojinete de bancada se deformara o estirase.

Pasadizos de aceite deteriorados en el diámetro externo y reducidos en tamaño en el diámetro interno del cojinete de muñón.

El rozamiento en la superficie y la parte posterior de la rueda del compresor ha sido causado por el movimiento del eje.

Motores


Módulo Dos

Se puede ver el problema de la falta de lubricación cuando hay una decoloración producida por el calor junto con el deterioro del casquillo del cojinete del eje en el extremo de la turbina. La falta del lubricante y el aceite contaminado causan el desgaste de los cojinetes de empuje haciendo difícil identificar el motivo de la falla. Sin embargo, ayuda el observar las condiciones del cojinete del eje. La decoloración por el calor de los anillos de empuje también señala falta de lubricación. En los turboalimentadores AiResearch, es muy común ver la deformación del lado interno de los anillos de empuje.

Decoloración en el eje por el calor.

En los moldes Schwitzer, la decoloración suele estar confinada a una zona de la superficie del anillo. Frecuentemente, también hay marcas de rozamiento. El deterioro aparece en ambos anillos. Las rayas finas en ambos cojinetes de eje son una evidencia que el aceite lubricante está contaminado con un material abrasivo.

Eje roto por el debilitamiento de la soldadura debido al contacto con la maza de la turbina.

Motores

Decoloración por el calor en el lado interno del anillo de empuje (AiResearch).

Decoloración por el calor y marcas de rozadura confinadas a una zona de la superficie de ambos anillos (Schwitzer).


Módulo Dos

Casquillo de cojinetes del eje con rayaduras.

Motores El deterioro del cojinete y el movimiento excesivo del eje producido por la falta de lubricación o por abrasivos en el aceite, puede llegar a causar que el eje se doble o se rompa. Generalmente, las piezas gastadas por los abrasivos estarán erosionadas. Como regla general, las superficies del cojinete no mostrarán señales de rozamiento ni las piezas tampoco aparecerán con decoloración por el calor. En las ilustraciones de esta página, la primera muestra el desgaste ocasionado por materiales extraños en el aceite lubricante, en forma de ranuras profundas en las dos arandelas de empuje de acero. La otra fotografía muestra desgaste abrasivo del turboalimentador AiResearch con ranuras profundas y desgaste de la arandela de empuje. El deterioro de la tercera ilustración es más difícil de identificar. Es cuando hay señales de desgaste abrasivo muy fino que hace que la superficie del cojinete de empuje parezca brillante y lisa; no hay señales de decoloración.


Módulo Dos

AiResearch, ranuras de desgaste en la superficie de las arandelas de empuje.

Schwitzer, superficie de cojinete de empuje pulida para abrasivos finos en el aceite.

Schwitzer, ranuras de desgaste en las superficies de contacto de las arandelas de empuje. La arandela central es una arandela de empuje nueva.

Motores


Módulo Dos

Válvulas La mayoría de las fallas de las válvulas relacionadas con el aceite son debidas a la formación de depósitos o agotamiento del aceite. La causa más usual de agarrotamiento del vástago de la válvula es el depósito acumulado entre el vástago de la válvula y la guía. El agarrotamiento está causando indirectamente por la acumulación de depósitos debidos a contaminación en el aceite. Es decir, por los depósitos acumulados debidos a descomposición de los productos lubricantes en residuos oxidados y los residuos normales generados por el proceso de combustión. La acumulación progresiva de éstos depósitos acelera el acampanado de la guía. El rozamiento y/o agarrotamiento del vástago de la válvula también se puede producir por la falta de lubricación de la válvula y la guía de válvula.

Rayaduras o agarrotamiento del vástago de la válvula.

Ventas Contenido Técnicas de ventas La venta Componentes del Proceso de Venta Modelo de las Cinco Etapas Levantamiento de Información Relativa al Cliente/Cuenta Planificación Acercamiento Presentación de la Propuesta El Manejo de las Objeciones El Cierre

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL Módulo Tres

Ventas EL TUTOR DE ACEITES SHELL MODULO TRES TECNICAS DE VENTAS DIMENSION TECNICA DE VENTAS LA VENTA Es el proceso de investigación y análisis de las necesidades de un cliente, con él propósito de satisfacerlas a través de los productos y servicios que ofrecemos, empleando para ello todo el potencial de persuasión y convencimiento que poseemos, dentro de un marco ético y de beneficio mutuo.


Ventas


COMPONENTES DEL PROCESO DE VENTA

s cto u rod cios P i s Lo Serv y

La Or ga ni za ció n

El Me rc ad eo Vendedor

La Competencia

te n lie C El

Ventas


MODELO DE LAS CINCO ETAPAS

Planificación

Fe ed Ba ck

Venta Profesional

N eg

Cierre de la Venta

Escucha Empatía

Se rv Cl i c i o ien a te l

Análisis de la Vista

oc ia ci ón

de o es j e n an cio M je Ob

Presentación de la Propuesta

Acercamiento

Ventas LEVANTAMIENTO DE INFORMACION RELATIVA AL CLIENTE/CUENTA Es la base del proceso de planificación al permitirnos conocer datos relevantes acerca del cliente tanto desde el punto de vista personal como institucional y comercial La información se puede segmentar en tres áreas: Institucional * Datos relevantes de la Organización - Tipo de actividad económica. - Dimensiones. - Proyectos. - Volumen de personal. - Trayectoria. - Situación económica/financiera. - Gerencia. Personal * Datos relevantes del Propietario / Gerente o Persona contacto: - Profesión. - Edad. - Origen étnico. - Carácter/personalidad. - Estado civil. - Otros.


Ventas PLANIFICACION El cierre efectivo de una venta no es producto de la suerte. El éxito depende en gran medida del grado en que el Ejecutivo de Ventas se ha preparado durante la etapa de planificación para producir una propuesta y una estrategia de venta, con valor comercial. La planificación se desarrolla a través de varios pasos: 1. Levantamiento de la Información relativa al cliente/cuenta. 2. Preparación y análisis de la matriz Necesidad - Producto - Beneficios. 3. Definición de los objetivos y estrategias. 4. Reflexión sobre propuesta tipo. 5. Establecimiento del contacto. Comercial * Datos relevantes de su historia de negocios: - Historial de crédito. - Habito de consumo. - Tipo de clientes que posee. - Mercado al que atiende. - Productos / Productos que comercializa. Preparación y análisis matriz Necesidades - Producto - Beneficios. Con la información obtenida en el paso anterior, es necesario construir una relación entre:

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL Módulo Tres a. Las necesidades de su cliente. b. El o los productos de su portafolio, que Usted considera pueden satisfacer total o parcialmente esa necesidad. c. Los beneficios, que él cliente obtendrá al escoger su producto. En este proceso, el desarrollo de los beneficios son un factor clave ya que estos son las más poderosas razones para que el cliente se motive a confiar en sus productos. Los Beneficios que ofrece un producto o servicio son distintos a las características que estos poseen.

Definición de Objetivos y Estrategias Al definir sus objetivos: - Piense en las necesidades de su cliente y en sus posibilidades. - Visualice a lo largo del tiempo. - Establézcalos en forma creativa y retadora. Al definir su estrategia - Visualice a su cliente y su entorno. - Prevea sus posibles reacciones. - Hágalo para que las fuerzas de su cliente trabajen a su favor.

Ventas

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL Módulo Tres Características

Beneficios

• Son aspectos que diferencian al producto o servicio.

• Son cualidades que representan ventajas para el cliente.

• Se relacionan fundamentalmente con lo físico y el funcionamiento.

• Resultados o consecuencias deseables que benefician al usuario.

Elaboración de la Propuesta La propuesta es la concreción de todo el proceso de análisis creativo que el Ejecutivo ha realizado. Su estructura debe ser coherente y reflejar con claridad las necesidades del cliente y la manera como nuestros productos o servicios las satisfarían. Su presentación debe ser atractiva. El cliente debe sentir que al hacer la transacción de compra-venta está recibiendo algo con “Valor” para él y su organización.

Establecimiento del Contacto Este paso, a pesar de su aparente simplicidad, es determinante en el éxito de la visita.

El camino de ingreso a la organización debe ser planificado cuidadosamente. La cita (fecha y hora) para efectuar la visita de venta debe establecerse con antelación y verificarse antes de asistir para evitar pérdidas de tiempo. Es conveniente desarrollar vínculos constructivos con el personal que presta apoyo al cliente (secretaria, asistente, etc.), ya que generalmente son quienes tienen el poder de contacto que usted necesita para llegar al cliente. Una vez adquirido el compromiso de visita, asegúrese de ser puntual. Una buena excusa para no atenderle y por consiguiente no comprar pueden ser “Esos minutos de retraso”. Recuerde Usted representa la imagen de su organización y sus productos y servicios.

Ventas ACERCAMIENTO Una vez que se hace efectiva la entrevista con el cliente, la etapa de acercamiento, adquiere importancia estratégica. Sus objetivos son: - Romper el hielo de la entrevista. - Generar un clima de confianza. - Hacer detección temprana de algunas necesidades no previstas. - Despertar interés y curiosidad en la propuesta. - Retroalimentar y revisar la propuesta. En esta etapa “Los primeros cinco minutos” son cruciales. En ellos se contrastan las percepciones del vendedor y el cliente, en cuanto a: - Imagen personal. - “Química”. - Profesionalismo. - Seriedad. - Confianza. En términos generales consiste en: a. Un saludo cálido y cordial. b. Una actitud sonriente y jovial. c. Un comentario franco y sencillo sobre un tema de interés o actualidad para el cliente.

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL Módulo Tres d. Una pregunta general-abierta sobre aspec tos del negocio. Es importante considerar: - Un balance apropiado entre hablar y escuchar. - Aspecto físico. - Forma y estilo de abordaje. - Rapport-carisma simpatía. - Vocabulario apropiado. - Intereses del cliente. - Entusiasmo. - Empatía. Es importante evitar: - Críticas o adulación. - Contradicciones. - Presión excesiva. - Criticar a la competencia. - El uso de tecnicismos al hablar.

Ventas PRESENTACION DE LA PROPUESTA En esta etapa el Ejecutivo de Ventas presenta al cliente la propuesta sugerida de compra. Esta presentación debe ser lo suficientemente estructurada para que él cliente evidencie todo el trabajo de investigación que usted hizo pensando en él y la forma en que podría satisfacer sus necesidades.

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL Módulo Tres El Ejecutivo de Ventas debe ser lo suficientemente flexible y estar preparado técnicamente para: Ajustar la propuesta inicial a una nueva propuesta más conveniente. Recuerde: - Su objetivo es cerrar una venta, no es defender su propuesta “hasta la muerte”.

Durante la presentación debe evidenciarse la “cadena de argumentación”

- Su cliente evaluará permanentemente su capacidad de comprensión y adaptación para satisfacer sus necesidades.

NECESIDADES PRODUCTO BENEFICIOS

- Basara su compra en la percepción de que Usted desea ayudarlo y no “venderle”.

Sin embargo, el Ejecutivo de Ventas deberá hacer uso de su creatividad e imaginación para encontrar el sentido más apropiado para presentar la “cadena de argumentación”. Recuerde que es en esta etapa en la que usted deberá - Ofrecer “Razones lógicas ” para que él cliente acepte y compre en propuesta. - Resaltar continuamente los beneficios que su producto o servicio aporta al cliente. Esta etapa se caracteriza por su dinamismo, en ella recibimos comentarios del cliente que nos dan información más precisa de sus necesidades y posibles objeciones a la propuesta presentada.

Ventas EL MANEJO DE LAS OBJECIONES En los pasos de argumentación y cierre, el manejo de las objeciones es una de las herramientas básicas que debe aplicar con gran habilidad el vendedor, para lograr la conclusión de una venta exitosa. Pueden ser consideradas como un obstáculo cuando interrumpe el curso normal de una presentación bien planteada y conducida, causando con frecuencia la pérdida de la venta. Sin embargo, las objeciones del cliente a menudo proporcionan claves para el cierre, al detectar información crucial sobre las dudas o preocupaciones reales de nuestro posible cliente.

Existen dos Tipos de Objeciones El Manejo de las Objeciones Falsas 1. Objeciones Falsas

2. Objeciones Verdaderas

Son aquellas que presentan el cliente con el fin de evadir o retrasar la desición de compra. Son aquellas que presenta el cliente producto de temores, dudas o experiencias previas negativas. Pueden ser expresadas claramente o permanecer ocultas.

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL Módulo Tres El manejo de las objeciones verdaderas Ignorándolas

Transformándola

Ignore la objeción hablando de algo diferente y llevando al cliente nuevamente al terreno del argumento que usted la hace.

Un llamado al sentido del humor del cliente con frecuencia vence este tipo de objeciones.

a. Adelántese a las objeciones de su cliente. b. Conteste a cualquier objeción de inmediato. c. Descubra las objeciones ocultas. d. Identifique las verdaderas razones de la objeción. e.Transforme la objeción en una oportunidad de cierre. f. Adopte la actitud correcta, considere la ob jeción como una solicitud de información. g. No discuta. h. Halle un punto de encuentro. i. Demuestre seguridad, paciencia y perseve rancia al contestar. j. Ofrezca sus respuestas en forma clara y bre ve. k.Muéstrese de acuerdo con alguna objeción, para luego hacer notar como se compensa con algunas ventajas.

Ventas EL CIERRE El objetivo de esta última etapa, es mostrar al cliente los beneficios que trae la compra del producto y motivarlo para que adopte la decisión de compra. Consejos Claves Cómo se debe realizar el cierre? Durante el cierre de ventas, se deben cubrir los siguientes aspectos: - Resumir los beneficios del producto. - Asesorar al cliente en el proceso de decisión. - Suponer que se ha llegado a un acuerdo con el cliente. - Proporcionar apoyo y seguridad emocional. - Presentar con claridad los pasos a seguir, concretando los detalles del negocio (forma de pago, fecha de entrega, etc.) En esta etapa, más que en cualquier otra, el cliente requiere de la asesoría eficaz del vendedor; por esto es esencial asumir una actitud de colaboración y apoyo, teniendo en cuenta que: - Esta etapa depende en gran medida de la manera como se hayan llevado a cabo las etapas anteriores. - En este momento es cuando más influye la habilidad motivadora del vendedor.

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL Módulo Tres - Es necesario abordar el cierre con tranquili dad, firmeza y seguridad. - Se requiere actuar como si el cliente ya hubiera tomado la decisión de compra, aunque no lo exprese abiertamente. - Es fundamental asumir cierre exitoso como una transacción mutuamente beneficiosa. Por ello, los agradecimientos excesivos resultan inadecuados y/o contraproducentes. - Es importante que cuando no se realice la venta, se identifiquen exactamente las razones de ello. - Nunca debe olvidarse al cliente que ha comprado, máximo cuando la venta es el inicio de una relación comercial (Servicio Post-Venta).

Lubricantes para engranajes


Módulo Cuatro

Contenido Sección Uno Principios de la acción de engranajes Introducción Tipos de engranajes Combinaciones de engranajes Resumen Sección Uno

Sección Dos

Método para selección de aceites lubricantes en cajas de engranajes industriales cerrados Resumen Sección Dos

Sección Tres Fallas en engranajes Clasificación de las fallas en engranajes

La lubricación de engranajes

Fallas en los dientes de los engranajes

Las funciones de los lubricantes de engranajes Las propiedades requeridas para un lubricante de engranajes Grados de viscosidad para engranajes

Examinando dientes de engranaje

Indice de viscosidad La selección de lubricantes para engranajes cerrados Métodos de aplicación Lubricantes para engranajes abiertos Engranajes automotrices Test de desempeño para engranajes automotrices Servicios de calidad API para aceites de transmisión y diferenciales Principales Test



Módulo Cuatro

Sección Uno PRINCIPIOS DE LA ACCION DE ENGRANAJES Los engranajes juegan un papel vital en la industria siendo encontrados en casi todo tipo de maquinaria. Su lubricación apropiada es claramente de gran importancia. Con el objeto de entender los principios y las prácticas de la lubricación de engranajes, necesitamos conocer un poco acerca de los diferentes tipos de engranajes, cuándo y porqué son usados. Estos temas conforman la materia de la primera sección de este Módulo. Cuando usted haya estudiado la información clave en esta sección usted será capaz de: Explicar qué es un engranaje, qué hace y que ventajas tienen los engranajes sobre otro tipo de métodos mecánicos de transmisión de potencia. Nombrar y describir los tres tipos principales de engranajes utilizados para transmitir movimiento entre ejes paralelos, y resumir ventajas y desventajas.

Explicar porqué las combinaciones de engranajes son comúnmente usadas y describir las combinaciones más utilizadas.

Si usted estudia la información suplementaria, usted además será capaz de: Definir el término relación de engranaje y explicar como está relacionado a número de dientes del engranaje. Explicar los significados de los términos comúnmente usados en las descripciones de engranajes de addendum y dedendum, cara, paso, paso del engranaje y línea de paso. Explicar porqué la mayoría de los dientes del engranaje están cortados por un perfil curvo.

Nombrar los dos tipos de engranajes usados para transmitir movimiento entre ejes intersectos y distinguirlos entre ellos.

Describir los movimientos de rotación y deslizamiento que tienen lugar cuando los engranajes encajan.

Nombrar y describir los tres tipos de engranajes usados para transmitir movimiento entre ejes cruzados y resumir sus ventajas y desventajas.

Aplicar comercialmente en su labor de vendedores los conocimientos teóricos adquiridos.

Lubricantes para engranajes INTRODUCCION Un engranaje es simplemente una rueda con dientes.


Módulo Cuatro velocidad: aún a 110 kph las ruedas giran a 1.000 r.p.m. Los engranajes en la caja de velocidades de un vehículo y la transmisión proveen la reducción necesaria en velocidad.

Dos o más engranajes son utilizados en combinación para transmitir movimiento entre dos ejes que rotan, usualmente con un cambio de velocidad y torque (o fuerza de giro) y frecuentemente con un cambio de dirección. La gran ventaja de los engranajes sobre otros métodos de transmisión de potencia, tales como correas, cadenas o cuerdas, es que los engranajes pueden transmitir mayores fuerzas a altas velocidades. Además los engranajes lo hacen de una manera suave y sin deslizarse. Los engranajes proveen una forma conveniente y efectiva de transmitir movimiento y potencia que prácticamente se puede encontrar en casi todo tipo de maquinaria. Su rango en tamaño puede variar desde pequeñísimos engranajes en los mecanismos de los relojes y otros mecanismos delicados, hasta enormes ruedas dentadas de varios metros de diámetro utilizados en algunas cajas de engranajes industriales. Los engranajes son frecuentemente usados para transmitir potencia entre un motor o cualquier otro tipo de generador de potencia, y una máquina. Ellos permiten que tanto el motor y la máquina funcionen eficientemente. Por ejemplo, un típico motor de un carro funciona más eficientemente cerca a las 4.000 r.p.m. Las ruedas del vehículo tienen que girar mucho más lento que esta

Mecanismo sencillo de engranajes.

Sistema de transmisión de vehículo de 4 ruedas.



Módulo Cuatro

Más acerca de

RELACION DE ENGRANAJE l más pequeño de un par de engranajes se conoce como piñón. Si el piñón está sobre el eje que mueve, el par de engranajes actúa para reducir la velocidad. Si el piñón está sobre el eje accionado, el par de engranajes actúa para incrementar la velocidad.

E

La relación entre la velocidad de entrada y la velocidad de salida es conocida como la relación de engranaje. Como la velocidad a la que los engranajes giran es proporcional al número de dientes que poseen, la relación de engranaje es la misma que la relación de número de dientes de los engranajes de mando y accionado. En la ilustración se observa un par con una relación 6:1 (48 dividido por 8). Un par de engranajes que reducen la velocidad, incrementan el torque; un par de engranajes que aumentan la velocidad, disminuyen el torque. Despreciando los efectos de la fricción, la relación de los torques de entrada y salida es la inversa de la relación de las velocidades de entrada y salida. Así, un par de engranajes que actúan para reducir la velocidad en un sexto, tendrá un incremento de 6 veces el torque.

Menor velocidad Mayor torque

Mayor velocidad Menor torque

Lubricantes para engranajes TIPOS DE ENGRANAJES Hay solamente unos pocos tipos de engranajes básicos, a pesar de las enormes variaciones en tamaños y aplicaciones. Los tipos de engranajes pueden ser convencionalmente clasificados de acuerdo a la dirección en que transmiten el movimiento: ya sea entre ejes paralelos, entre ejes intersectos o entre ejes no intersectos.


Módulo Cuatro Para convertir un movimiento de rotación en lineal se utilizan los engranajes de cremallera y piñón rectos, la cremallera se mueve en dirección normal al eje del piñón. Los engranajes helicoidales son similares a los engranajes rectos pero tienen los dientes un poco desviados formando ángulo con el eje.

Engranajes que transmiten el movimiento entre dos ejes paralelos. El engranaje más simple de todos es el engranaje recto. Este tiene ruedas con dientes rectos los cuales son paralelos al eje. Cuando los engranajes giran, solamente uno o dos dientes de las ruedas opuestas se encajan en cualquier momento. El contacto entre los dientes tiene lugar abruptamente a lo ancho de todo el diente. Como resultado, los engranajes rectos tienden a ser muy ruidosos y corren toscamente a altas velocidades. Cuando ocurre el desgaste de los dientes las condiciones de operación son aún peores, por esto los engranajes rectos están limitados a velocidades relativamente bajas. Los dientes no están sometidos a esfuerzos axiales de ninguna naturaleza. Los engranajes rectos interiores se obtienen al ser tallados los dientes, en la parte interior de una corona, los ejes giran en el mismo sentido. Se emplea en conjuntos planetarios que permiten extraordinarias reducciones y ocupa poco espacio, ejemplo servotransmisiones.

Engranajes rectos



Módulo Cuatro La principal desventaja de los engranajes helicoidales es que sus dientes al estar en ángulo generan empujes laterales cuya magnitud varía de 10 al 15 % de la fuerza que ellos transfieren de acuerdo al ángulo de la hélice. Cojinetes que puedan absorber estos empujes laterales deben ser usados en conjunto con los engranajes helicoidales simples.

Engranajes helicoidales

Este diseño hace que el contacto entre los dientes de las ruedas opuestas tenga lugar suave y gradualmente, con varios dientes en contacto simultáneamente. Los engranajes helicoidales, giran más silenciosa y suavemente que los engranajes rectos. Además, si algún diente se llagara a desgastar, la carga se le transfiere a los otros dientes en contacto disminuyendo así la carga sobre el diente desgastado. Debido a estas ventajas, los engranajes helicoidales son ampliamente utilizados para transmitir potencia a altas y bajas velocidades entre ejes paralelos.

Los empujes laterales pueden ser eliminados con el uso de engranajes helicoidales dobles, algunas veces conocidos como engranajes de espina de pescado. Aquí cada rueda tiene dos juegos de dientes helicoidales corriendo en direcciones opuestas. Los empujes laterales son eliminados con el empuje de los dientes ubicados en sentido opuesto. Los engranajes helicoidales dobles son usados donde son importantes las altas cargas, la operación silenciosa y suave, por ejemplo en reductores de velocidad de una turbina generadora y aplicaciones similares. Transmisión de cargas pesadas a altas velocidades. Los engranajes rectos, helicoidales y helicoidales dobles, ilustrados arriba, son algunas veces conocidos como engranajes externos. Los engranajes de cremallera y piñón internos mostrados abajo son dos variaciones comunes de estos tipos de engranajes los cuales se ven diferentes pero tienen características similares. La cremallera y piñón helicoidales se relacionan con los engranajes helicoidales, así como la cremallera y el piñón recto se relacionan con engranajes rectos.



Módulo Cuatro

Cremallera y piñón. Engranaje helicoidal dable.

Engranajes que transmiten movimiento entre ejes intersectos. Cuando es necesario transmitir potencia y movimiento entre dos ejes que se interceptan en ángulo, se utilizan los engranajes cónicos. Los dientes sobre los engranajes cónicos parece que hubiesen sido cortados de un cono en la punta de un eje, en lugar de un cilindro. Hay dos tipos de engranajes cónicos:

Engranaje interno.

Engranajes cónicos rectos, tienen los dientes rectos. En este diseño, al igual que los engranajes rectos, solo uno o dos partes de dientes están en contacto a la vez. Por lo tanto estos

Lubricantes para engranajes engranajes están limitados relativamente a bajas velocidades.


Módulo Cuatro `

Engranajes cónicos helicoidales, tienen dientes en ángulo para proveer un encaje suave. Tienen ventajas similares a los engranajes y pueden rodar mucho más rápido que los engranajes cónicos rectos. Engranajes que transmiten movimiento entre dos ejes no intersectos. El movimiento puede ser transmitido entre ejes que no sean paralelos ni se intercepten, mediante los engranajes helicoidales cruzados o engranajes oblicuos. Hay un área de contacto muy limitada entre los dientes de estos engranajes, por lo tanto están sujetos esfuerzos considerables. Los engranajes pueden ser solamente usados para transferir bajas cargas a bajas velocidades y no son muy utilizados en la industria.

Engranajes cónicos planos y de espiral.

Engranajes helicoidales cruzados.

Lubricantes para engranajes TERMINOLOGIA DE LOS ENGRANAJES lgunos de los términos comúnmente usados en la descripción de los engranajes son citados a continuación.

A


Módulo Cuatro Cara: La superficie del diente de un engranaje que hace contacto con las superficies de los dientes en el engranaje que encaja. Flanco: Un lado de la superficie de un diente. Pitch: La distancia entre los puntos idénticos en dientes adyacentes en el mismo engranaje. Círculo Pitch: La curva que conecta los puntos medios de contacto de todos los dientes en un engranaje. Línea Pitch: Una línea en un diente de un engranaje que marca el punto medio de contacto con un diente encajado. La línea pitch muy pocas veces se encuentra expresada en la mitad entre la raíz y la punta del diente.

Addendum: La distancia entre la punta del diente de un engranaje y el círculo pitch. Dedendum: La distancia entre la raíz de un diente y el círculo pitch.

Cresta: La superficie más alta del diente. Tip: La línea donde la superficie de la cresta del diente y su cara se encuentran. Raíz: Es la base del diente.

Lubricantes para engranajes ACCION ENTRE LOS DIENTES DE LOS ENGRANAJES

L

os engranajes deben encajarse y girar con un mínimo de fricción.

Sus dientes deben ser por tanto diseñados para que puedan rodar en lugar de deslizarse uno sobre otro. Se puede mostrar teóricamente que la mejor forma para los dientes de los engranajes es el que se conoce como el perfil evolvente. Este perfil tiene forma de curva trazada desde la base de la rueda del mismo arco del diámetro de la rueda del engranaje. En la práctica, cuando un engranaje se encaja tienen lugar tanto la rodadura como el deslizamiento. Los diagramas de la página muestran la situación para un par de engranajes de dientes rectos. El primer contacto ocurre entre la base del diente que está siendo empujado y la punta del diente que empuja. El contacto continúa hasta que la punta del diente empujado se separe de la base del diente que empuja. La rodadura ocurre durante todo el contacto de la base a la punta del diente empujado y de labase a la punta del diente que empuja. El deslizamiento también tiene lugar, con la velocidad de deslizamiento máxima al iniciar el contacto, disminuyendo a cero en el punto medio e incrementándose otra vez hasta que el diente desencaje.


Módulo Cuatro Sobre el diente empujado, el deslizamiento es siempre en dirección saliendo de la línea de paso, mientras que en el diente que empuja es siempre entrando hacia la línea de paso. La combinación de la rodadura y deslizamiento ocurre con todos los tipos de engranajes. Sin embargo, la proporción de rodadura a deslizamiento y la dirección de deslizamiento en relación a la línea de contacto entre las superficies del diente varía de un tipo de engranaje a otro. Con los engranajes rectos y los cónicos rectos, la dirección del deslizamiento es en ángulo recto a la línea de contacto. Con los engranajes de tornillo sin-fin, algo de deslizamiento casi sobre las líneas de contacto puede ocurrir, mientras que con los helicoidales y cónicos helicoidales, la dirección del deslizamiento es intermedio entre estos dos extremos.



Módulo Cuatro



Módulo Cuatro

Los engranajes hipoidales, son usados para transmitir potencia y movimiento entre ejes en ángulo recto. Son similares a los engranajes cónicos espirales excepto que los ejes de mando y mandados son excéntricos.

Como observaremos adelante, la fricción en los engranajes sin-fin puede ser considerable y por lo general pueden requerir lubricantes de mayor viscosidad, por ejemplo, los usados en engranajes rectos.

Los engranajes hipoidales dan especial origen a problemas de lubricación ya que la combinación de movimientos deslizantes, ejerce sobre la película de aceite tensiones que tienden a romperla y por lo tanto, son muy raros en la industria. Sin embargo, con apropiada lubricación los engranajes hipoidales operan de una forma suave y silenciosa a altas velocidades. Su principal utilización es en los ejes traseros de las transmisiones de vehículos. Debido a que permite tener el eje de propulsión excéntrico, la altura de la caja en el carro puede ser reducida para darle a los pasajeros más espacio.

Estos engranajes ofrecen serias dificultades para su lubricación y requieren materiales especiales para su construcción, pues con las grandes velocidades de deslizamiento lateral entre los dientes del sin-fin y los dientes de la rueda, la película lubricante tiende a romperse. Las áreas de contacto son agrandadas ligeramente sin-fin tiene dientes helicoidales y pueden aumentarse aún más si los dientes de la rueda son curvados para envolver el sin-fin parcialmente, en este caso el diseño se conoce como una garganta sencilla. Otros aumentos en áreas de contacto pueden efectuarse sí él sin-fin en sí mismo está garanteado, se llama entonces “Doble garganta”.

Los engranajes de tornillo sin-fin, son un desarrollo de un engranaje oblicuo en el cual los dos ejes están en ángulo recto uno con el otro. El engranaje de diámetro pequeño, o sin-fin, tiene una o más roscas continuas de tal forma que es equivalente a un engranaje con pocos dientes. Este engranaje tipo tornillo empuja la rueda, la cual es similar a un engranaje helicoidal recto excepto por sus dientes los cuales están inclinados para encajar en los dientes del sin-fin. Los engranajes de sin-fin se pueden encontrar en muchas aplicaciones industriales. Estos pueden producir grandes reducciones de velocidad, y por lo tanto se tiene un mayor incremento en el torque que otros engranajes simples.

Una característica de los engranajes de tornillo sin-fin es que las velocidades relativas de los dos componentes no están necesariamente definidos por sus diámetros, por que la separación del sinfin es el factor decisivo. Otra característica es que un engranaje sin-fin de alta reducción no puede transmitir impulso desde la rueda mayor a la pequeña (sin-fin), en algunas aplicaciones como las grúas o ascensores ofrece ventajas debido a que actúa como freno en caso de que por desperfecto la rueda tienda a impulsar el tornillo. Sin embargo, es posible la transmisión de doble dirección en los sin-fin es de arranque múltiple de baja relación.



Módulo Cuatro

Engranajes hipoidales.

Engranajes de tornillo sin-fin.

Lubricantes para engranajes MATERIALES DE LOS ENGRANAJES os dientes de los engranajes transfieren po tencia y movimiento a través de pequeñas áreas de contacto. Estas líneas de contacto están sujetas a esfuerzos muy altos y consecuentemente, el diente del engranaje debe ser fabricado de un material muy fuerte.

L

Los engranajes usados para aplicaciones industriales son usualmente fabricados de acero o de bronces endurecidos. El acero es normalmente usado para engranajes rectos, helicoidales y cónicos. Un número de factores, deben ser tenidos en cuenta cuando se escoge un acero en particular para ser usado en la fabricación de engranajes. Se requiere un acero muy resistente para que el desgaste sea mínimo, buena facilidad de maquinado, para facilitar la fabricación y una dureza razonable y elasticidad ayudará a mejorar la resistencia a los choques. El desgaste sobre el diente del engranaje puede frecuentemente ser minimizado usando diferentes aceros para cada uno de los componentes de un par de engranajes. En general, el material con el cual se fabrica un piñón debe ser más duro que el usado para un engranaje grande. En muchos engranajes helicoidales cruzados y engranajes de tornillo sin-fin donde se tienen deslizamientos considerables, se usan aceros


Módulo Cuatro endurecidos para el piñón, mientras que el engranaje movido es normalmente fabricado de bronce fosforado.

Lubricantes para engranajes COMBINACIONES DE ENGRANAJES En teoría, un simple par de engranajes es todo lo que se necesita para convertir una velocidad de entrada dada, en velocidad de salida requerida. Solo tres engranajes son necesarios si los ejes de entrada y salida deben rotar en la misma dirección. En la práctica, si se requiere un cambio considerable de velocidad o la distancia entre los ejes que giran es sustancial, se utilizan combinaciones de engranajes. Estas combinaciones denominadas trenes de engranajes, son capaces de producir la salida requerida evitando así la necesidad de engranajes excesivamente grandes. Las combinaciones de engranajes pueden ser divididas en engranajes abiertos o engranajes cerrados, estos últimos son normalmente conocidos como cajas de engranajes. Los engranajes abiertos son usados donde no es práctico o económico proveer una caja al engranaje. Normalmente son mecanismos muy grandes que operan en lugares abiertos tales como minas, canteras o muelles. Generalmente operan a bajas velocidades y raramente necesitan ser fabricados con el mismo grado de precisión de un engranaje cerrado de alta velocidad. Los engranajes cerrados son usados ampliamente. En una fábrica casi todo lo que se mueve: Bandas, secadores, ventiladores, bombas, equipos de manejo de materiales, plantas de procesos y muchos otros equipos de una planta, serán impulsados por un motor de combustión o eléctrico moviendo una caja de engranajes. La caja


Módulo Cuatro de engranajes normalmente es una unidad de propósito general construido por un fabricante especializado. Como usted puede esperar, una enorme variedad de tamaños y tipos de cajas de engranajes son usados en la industria. Aquí solamente es posible mencionar unas pocas combinaciones de engranajes comúnmente usados. Las cajas de engranajes que utilizan combinaciones de engranajes helicoidales son ampliamente usadas, porque pueden transmitir cargas altas silenciosa y eficientemente. Una versión de este tipo caja de engranajes en donde es posible seleccionar una de varias combinaciones de engranajes, tiene aplicación común en transmisiones automotrices.

Lubricantes para engranajes RESUMEN DE LA SECCION UNO Los engranajes son ampliamente usados en la industria para transmitir movimiento, casi siempre con cambios en velocidad, torque y dirección. Los engranajes operan suavemente para transmitir mayores fuerzas a mayores velocidades que otro método mecánico de transmisión de potencia tales como cables, cadenas, correas y ruedas de cadenas. Hay básicamente unos pocos tipos de engranajes. Los más importantes son: engranajes rectos, engranajes helicoidales y engranajes helicoidales dobles (usados para transmitir movimiento entre ejes paralelos); engranajes cónicos (usados para transmitir movimiento entre ejes intersectos); engranajes de tornillos sin-fin (usados para transmitir movimiento entre ejes no intersectos). Los engranajes rectos son ruedas con dientes rectos dispuestos paralelamente al eje de empuje. Tienen la tendencia de operar ruidosamente y están expuestos al desgaste. Los engranajes helicoidales simples tienen ruedas con dientes dispuestos en ángulo al eje. Operan más suavemente y pueden por lo tanto soportar cargas pesadas a altas velocidades. Sin embargo, estos generan empujes laterales. Los engranajes helicoidales dobles tienen las ventajas de los engranajes helicoidales simples y no generan empujes laterales.


Módulo Cuatro Los engranajes de tornillo sin-fin son ampliamente usados porque son capaces de producir reducciones considerables en velocidad e incrementos sustanciales en el torque. Los engranajes del mismo o diferentes tipos son frecuentemente usados en conjunto. Estas combinaciones son capaces de transmitir una cantidad requerida de potencia a una velocidad requerida sin limitaciones prácticas de tamaño y resistencia del material de engranaje. Las combinaciones de engranajes helicoidales, de helicoidales y cónicos espirales, de tornillo sin-fin y de tornillos comúnmente usadas. Las cajas de engranajes que utilizan estas combinaciones son producidas como modelos estándar por fabricantes especializados..


Sección Dos LA LUBRICACION DE ENGRANAJES En esta sección primero revisaremos las propiedades importantes que los lubricantes de engranajes deben poseer con el objeto de llevar a cabo sus funciones. Luego estudiaremos los factores que deben ser considerados cuando se selecciona un lubricante de engranajes para una aplicación en particular. Cuando usted haya estudiado la información clave de esta sección usted deberá ser capaz de: Mencionar cuatro de las funciones más importantes de un lubricante para engranajes. Resumir las ventajas y desventajas de los aceites y grasas como lubricante de engranajes. Describir el significado de las siguientes propiedades de los lubricantes de engranajes: Viscosidad, índice de viscosidad, resistencia a la oxidación, propiedades anticorrosión, propiedades antiespuma y demulsibilidad. Explicar cómo los siguientes factores afectan la escogencia de los lubricantes adecuados para engranajes cerrados: Tipo de engranajes y velocidad, temperatura ambiente y de operación, características de carga y métodos de aplicación de lubricante.


Módulo Cuatro Resumir los factores que afectan la escogencia de lubricantes adecuados para engranajes abiertos. Si usted estudia la información suplementaria usted también estará en condiciones de: Explicar cómo se puede determinar el grado de viscosidad óptimo para un lubricante de engranajes. Listar algunos tipos de fallas de los engranajes y explicar brevemente como surgen.

Lubricantes para engranajes LAS FUNCIONES DE LOS LUBRICANTES PARA ENGRANAJES La eficiencia con la cual un engranaje opera, depende no solo de la forma en la cual ellos son usados, sino también del lubricante que les sea aplicado. Los lubricantes para engranajes tienen varias funciones importantes para llevar a cabo: Lubricación


Módulo Cuatro Protección Los engranajes deben ser protegidos contra la corrosión y la herrumbre. Mantener la limpieza Los lubricantes para engranajes deben sacar todos los desechos que se forman durante el encaje de un diente con otro.

Tipos de lubricantes para engranajes

Cuando los engranajes transmiten potencia, los esfuerzos sobre sus dientes se concentran en una región muy pequeña y ocurre en un tiempo muy corto.

Aceites minerales puros

Las fuerzas que actúan en esa región son muy elevadas, si los dientes de los engranajes entran en contacto directo, los efectos de la fricción y el desgaste destruirán rápidamente los engranajes.

Aceites inhibidos contra la herrumbre y la corrosión (R & O)

La principal función de un lubricante para engranajes es reducir la fricción entre los dientes del engranaje y de esta forma disminuir cualquier desgaste resultante. Idealmente, esto se logra por la formación de una película delgada de fluido la cual mantiene separadas las superficies de trabajo. Refrigeración Particularmente en engranajes cerrados, el lubricante debe actuar como un refrigerante y extraer el calor generado a medida que el diente rueda y se desliza sobre otro.

Se aplican en engranajes que trabajan bajo condiciones moderadas de operación.

Se utilizan cuando las temperaturas son altas y existe el riesgo de contaminación con agua, que conduce a la formación de herrumbre en los metales ferrosos. Poseen aditivos antiherrumbre, antiespuma, antidesgaste y antioxidantes. Estos aceites no tienen muy buena adhesividad, pero trabajan bien en sistemas de circulación donde se aplica en forma continua. Aceites minerales de extrema presión (E.P.) Se utilizan cuando los engranajes tienen que soportar altas cargas o cargas de choque, bajas velocidades y altas cargas. Son aceites inhibidos,

Lubricantes para engranajes a los que se les incorporan aditivos de extrema presión, los cuales son normalmente de azufre y fósforo; es necesario tener mucho cuidado con estos aceites, cuando se aplica en reductores que trabajan en ambientes de alta humedad (ejem.: torres de enfriamiento), ya que el vapor de agua presente puede reaccionar con el azufre y el fósforo formando ácido sulfúrico y ácido fosfórico, que atacan las superficies metálicas. Aceites compuestos Tienen como característica principal su elevada adhesividad. Son una mezcla de aceite mineral y sebo animal en proporciones variables. Se utilizan en reductores con engranajes de tornillo sinfin corona en donde la acción de deslizamiento es muy elevada. Estos aceites se pueden filtrar y enfriar sin que se separe el sebo animal del aceite base. La adhesividad también se logra adicionando pequeño porcentaje de un aditivo para tal fin al lubricante, evitando el goteo. Estas son sustancias sintéticas. Aceites sintéticos Se utilizan generalmente en engranajes que presentan alto grado de deslizamiento, o que trabajan a altas temperaturas por períodos prolongados. Los lubricantes sintéticos requieren una adecuada combinación de aditivos y bases sintéticas fluidas para incrementar los beneficios sobre los aceites minerales. Los más usados son Polialfaoleinas. Grasas Su aplicación en engranajes no es muy amplia


Módulo Cuatro debido a que tienen muy poca capacidad refrigerante y por que las partículas contaminantes tienden a ser atrapadas y son difíciles de eliminar. Se utilizan algunas veces en la lubricación de engranajes que operan a bajas velocidades y bajas cargas, son más comúnmente utilizadas en engranajes abiertos y cajas de engranajes que tienden a dejar escapar aceite; también se utilizan en engranajes que operan intermitentemente, por que las grasas tienen la ventaja de mantener una película de lubricante en los dientes del engranaje, aunque estos no estén girando, lo que permite proveer lubricación inmediatamente son iniciados. Las grasas semifluidas sintéticas son particularmente adecuadas para lubricar unidades de engranajes “de por vida”. Las grasas para engranajes son blandas, para minimizar a fricción fluida y para limitar la tendencia de los engranajes a cortar un canal en la grasa y dejar el diente del engranaje seco. Lubricantes sólidos Son usados cuando las temperaturas de operación son muy altas o muy bajas, cuando las fugas no pueden ser toleradas y cuando se debe operar en un vacío. Estos lubricantes son películas secas untuosas, que se aplican a los dientes de los engranajes; los más utilizados son el bisulfuro de molibdeno, bisulfuro de tungsteno, grafito, talco y politetrafluoroetileno; son costosos, tienen vida limitada contra el desgaste, pero son ideales para aplicaciones especiales como la aviación espacial.

Lubricantes para engranajes LAS PROPIEDADES REQUERIDAS PARA UN LUBRICANTE DE ENGRANAJES Para que un lubricante lleve a cabo sus funciones apropiadamente, debe tener ciertas características, las principales son: Viscosidad Es la propiedad más importante de un lubricante para engranajes, éste debe tener una viscosidad suficientemente alta para mantener un adecuado espesor de película de aceite entre los dientes del engranaje, bajo cualquier condición de operación. Entre más alta sea su viscosidad, más fácilmente se puede lograr esto. Por lo tanto parecería a primera vista que los aceites con alta viscosidad son los mejores lubricantes para engranajes. Sin embargo, hay otros factores a ser tenidos en cuenta. Un lubricante para engranajes no solo lubrica los dientes de éstos, sino también los cojinetes que soportan los ejes de las ruedas de los engranajes. Un incremento en la viscosidad causa una pérdida de potencia a medida que los engranajes y los cojinetes que los soportan están sujetos a un incremento en el arrastre. Esto aumenta la temperatura del sistema de engranajes y del aceite, el cual puede oxidarse rápidamente y espesarse. La situación es empeorada por el hecho de que los aceites de alta viscosidad no son particularmente efectivos en disipar el calor.


Módulo Cuatro Si la viscosidad es muy alta, los cojinetes se sobrecalentarán y en el peor de los casos puede fallar. Los aceites de alta viscosidad también tienen la desventaja de formar espuma, tienen pobres propiedades de separación de agua, son difíciles de filtrar y son menos hábiles para despojarse de los contaminantes sólidos. Los requerimientos críticos para la viscosidad de un lubricante de engranajes se reúnen mejor cuando se tiene un aceite delgado pero que sea consistente con la lubricación apropiada del diente del engranaje, permitiendo un margen de seguridad razonable. En la práctica, esto significa que las viscosidades de la mayoría de los aceites para engranajes están dentro del rango de viscosidad ISO de 46 a 680 (centistokes a 40º C).

Lubricantes para engranajes Formación de una cuña de aceite entre

LOS DIENTES DE UN ENGRANAJE Lubricación hidrodinámica Engranajes cargados muy levemente operando a velocidades relativamente altas, son lubricados eficazmente bajo las condiciones de lubricación hidrodinámica. Cuando el engranaje rota, el lubricante se adhiere a las superficies de los dientes, y es arrastrado a la zona entre los dientes para formar una cuña de lubricante, cuando el lubricante es forzado, en la parte más estrecha de la cuña, la presión se incrementa lo suficiente para mantener la superficie del diente separada. La eficiencia de la lubricación hidrodinámica depende de: Viscosidad del lubricante El espesor de la película aumenta cuando la viscosidad aumenta.


Módulo Cuatro Lubricación de película límite En engranajes altamente cargados, especialmente aquellos que operan a baja velocidad, la película lubricante es muy delgada y hay un significativo contacto metal-metal entre los dientes del engranaje, dándose la condición de lubricación de película límite. La eficiencia de la lubricación depende de la naturaleza química del lubricante y de su interacción con la superficie. Lubricación elastohidrodinámica Se ha establecido que las condiciones del lubricante que existen en la mayoría de los engranajes no son las que aplican para la lubricación hidrodinámica ni para la lubricación límite. Los dientes de los engranajes están sometidos a enormes presiones de contacto sobre áreas relativamente pequeñas (área de 30.000 bar) y aún son lubricados exitosamente con películas muy delgadas de aceite, esto es posible por dos razones:

Temperatura La viscosidad y por tanto el espesor de la película decrece cuando la temperatura aumenta.

a. Las altas presiones causan la deformación plástica de las superficies y reparten la car ga sobre un área más amplia.

Carga El espesor de la película lubricante disminuye cuando la carga se incrementa.

b. La viscosidad del lubricante se incrementa considerablemente con la presión, aumen tando así la capacidad de carga.

Velocidad El espesor de la película lubricante aumenta cuando la velocidad aumenta.



Módulo Cuatro

Lubricantes para engranajes GRADOS DE VISCOSIDAD PARA ENGRANAJES Engranajes industriales Pueden ser clasificados por grado de viscosidad de acuerdo al sistema especificado por la ISO. Ver módulo 1 página 18.

Engranajes automotrices

cSt 40° C

Pueden ser clasificados por el sistema SAE.Ver módulo 1 página19. 850 775 700 625 550 500 450 400 365 315 280 240 205 175 140 115 85 60 40 20 10

140 460

320 90

220 150

85W

100 68 46 22 15 10 ISO Gear

80W 32

75w

SAE Gear

Comparación de clasificaciones de aceite por viscosidad.


Módulo Cuatro

Lubricantes para engranajes La viscosidad de un aceite disminuye a medida que la temperatura se incrementa. El efecto de la temperatura sobre la viscosidad se describe como él índice de viscosidad. Los aceites que tienen un alto índice de viscosidad muestran menor variación de la viscosidad con la temperatura, que los aceites que tienen bajó índice de viscosidad. Donde los engranajes tienen que operar en un rango amplio de temperaturas, el índice de viscosidad del lubricante para engranajes debe ser lo suficientemente alto para mantener la viscosidad dentro de los límites requeridos. El aceite no se debe tornar tan delgado a altas temperaturas que sea incapaz de formar una película lubricante adecuada. Ni tampoco se debe espesar demasiado a bajas temperaturas que le sea imposible al motor mover los engranajes, o que el aceite no fluya a través del sistema de lubricación. Propiedades antidesgaste En ciertas aplicaciones, particularmente cuando los engranajes están operando bajo cargas de choque, no es posible para un aceite mineral simple proveer una película que sea lo suficientemente gruesa para evitar el contacto metal con metal. Para estas condiciones se deben incorporar al lubricante los aditivos de extrema presión (o EP). A temperaturas relativamente altas, (que se desarrollan cuando se encajan los dientes de engranajes con altas cargas), estos aditivos reaccionan con las superficies de metal para formar una película química. La película se

Módulo Cuatro adelgaza y se rompe más fácilmente que dos superficies metálicas en contacto, y por lo tanto es capaz de reducir la fricción y el desgaste y amortiguar el efecto de la carga.

Variación de la Viscosidad cSt

INDICE DE VISCOSIDAD


Omala 68

Tivela 150 Omala 460 68 150 460 -20 0

20 40 60 80 100 120 Temperatura °C

Variación de la viscosidad con la temperatura para varios aceites de engranajes.

Lubricantes para engranajes Resistencia a la oxidación Todos los aceites minerales pueden oxidarse para formar óxidos orgánicos, lacas adherentes y lodos. Esta ruptura química depende del grado de exposición al aire y es acelerada por el calor, la presencia de humedad de ciertos contaminantes especialmente de partículas de metales no ferrosos. Los lubricantes para engranajes están usualmente sometidos a condiciones severas que promueven la oxidación. Estos son calentados por fricción, agitados y revueltos por la acción de los engranajes, y atomizadas por los engranajes, ejes y cojinetes. Los aditivos antioxidantes pueden ser adicionados a los lubricantes para engranajes para minimizar la oxidación, y sus problemas asociados de corrosión, y de formación de lodos, para prolongar su vida de servicio. Propiedades anticorrosivas Los lubricantes para engranajes no solamente deben ser no corrosivos, sino que también deben proteger las superficies que lubrican de la herrumbre y otras formas de corrosión. Una causa común de corrosión es el agua la cual puede entrar en la caja de engranajes, como por ejemplo, por una falla en el sistema de refrigeración o a través de la condensación de humedad de la atmósfera. Esta última forma de contaminación es un problema particular en cajas de engranajes que trabajan intermitentemente y paran por períodos de tiempo. Si un aceite va a prevenir la corrosión éste se debe distribuir equitativamente sobre las superficies metálicas. Los aceites minerales son agentes humectantes pobres, pero las propiedades de


Módulo Cuatro humectación al metal tienden a mejorarse con el uso a medida que las impurezas son formadas. Donde se requiera un alto grado de resistencia a la herrumbre y a la corrosión, se utilizan los aceites que contienen inhibidores de corrosión. Propiedades antiespuma La espuma se puede presentar cuando los lubricantes están sometidos a la acción de la agitación de los engranajes de alta velocidad en presencia de agua y aire. La situación puede empeorar por la acción de las bombas de aceite y otros componentes de un sistema de circulación. La espuma puede reducir severamente la eficiencia de lubricación y conducir a la pérdida de lubricante a través del respirador de la caja de engranajes. Los aceites de baja viscosidad altamente refinados generalmente tienen buenas propiedades antiespuma pero, en algunas situaciones, se debe hacer necesario el uso de un lubricante que tenga aditivos antiespumantes. Esto es particularmente necesario en calidades API GL-3 hacia arriba. Demulsibilidad Para uso industrial los lubricantes para engranajes que están expuestos a ser contaminados con agua deben tener buenas propiedades de demulsibilidad para que el agua y el lubricante se separen rápidamente. Si se dejan formar emulsiones, agua en aceite, estas reducirán la eficiencia de la lubricación de ambos engranajes y sus rodamientos y promueven el deterioro más rápido del aceite, y la oxidación/corrosión de los elementos del sistema de engranaje.



Módulo Cuatro

LA SELECCION DE LUBRICANTES PARA ENGRANAJES CERRADOS Varios factores afectan la selección de un lubricante para un conjunto particular de engranajes cerrados, los principales son: Características de los engranajes, velocidad de los engranajes, efectos de la temperatura y características de carga.

Características de los engranajes Para propósitos de lubricación, los engranajes tipo industrial pueden ser considerados dentro de dos grupos: 1. Engranajes rectos, engranajes helicoidales dobles, engranajes cónicos y cónicos espirales. Cuando estos engranajes giran, la principal acción de un diente sobre otro es el movimiento de rodadura. En presencia de un lubricante, esta acción causa una cuña hidrodinámica de lubricante entre los dientes. A velocidades suficientemente altas, la cuña será lo suficientemente espesa para separar los dientes que encajan y soportan la carga. A medida que la velocidad disminuye, o la carga aumenta, la película que separa las superficies disminuye su espesor. Eventualmente puede ocurrir algún contacto metal-metal. La selección del aceite depende principalmente de la velocidad del engranaje y la carga. A menudo aceites minerales, tales como un aceite depende principalmente de la velocidad del engranaje y la carga. A menudo aceites minerales,

Caja de cambios de un automóvil, (engranaje cerrado).

tales como un aceite Shell Vitrea y el Shell Vitrea M, cumplirán satisfactoriamente. El aceite debe ser lo más suficientemente viscoso para formar una película efectiva de lubricante a la temperatura de operación, pero no tan gruesa que se tenga pérdida excesiva de potencia a través de la fricción fluida. En general, entre mayor sea la velocidad en la cual el engranaje opera, menor será la viscosidad requerida del lubricante. Los aceites de menor viscosidad también tienen la ventaja, que son mejores refrigerantes, dan mejor separación de agua y otros contaminantes y tienen menos tendencia a la formación de espuma. Donde las velocidades son bajas y las cargas son altas, se vuelve imposible de mantener la lubricación hidrodinámica en estos engranajes. Entonces, los aceites que contiene aditivos de extrema presión deben ser usados para reducir la fricción y minimizar el desgaste.

Lubricantes para engranajes Más acerca de

LA SELECCION DEL GRADO DE VISCOSIDAD os fabricantes de cajas de engranajes sumi nistran guías para la selección de un lubricante para una caja en particular operando bajo condiciones específicas.

L

Para engranajes rectos, helicoidales operando bajo cargas livianas, la selección del grado de viscosidad adecuado depende principalmente de la velocidad de la línea de paso del engranaje. La viscosidad es inversamente proporcional a la línea de paso. Para cargas pesadas, grados de viscosidad más altos son requeridos. Estos pueden ser escogidos de una evaluación combinada de carga/velocidad, factor que toma en cuenta la carga sobre un diente del engranaje y la velocidad de la línea de paso. Guías similares pueden ser usadas para indicar los grados de viscosidad más probables a ser utilizadas para otros tipos de engranajes.


Módulo Cuatro cSt 2500 1000 500 250 100 50 25 Relación entre la viscosidad y la velocidad de la línea de paso en engranajes helicoidales y rectos.

cSt 2500 1000 500 250 100 50 25 Relación entre la viscosidad y el factor carga/velocidad en engranajes helicoidales y rectos.



Módulo Cuatro

2. Engranajes de tornillo sin-fin

Velocidad del engranaje

En estos engranajes hay una gran cantidad de contacto deslizante. Este movimiento tiende a sacar cualquier lubricante entre los dientes de los engranajes y es virtualmente imposible mantener una cuña hidrodinámica de aceite. Aleaciones especiales son usadas para reducir a fricción entre los dientes de los engranajes, pero considerablemente cantidades de calor son generadas y los problemas de lubricación permanecen.

Hemos visto que la selección de un lubricante para engranajes debe tener en cuenta las velocidades a las cuales operan los engranajes de alta velocidad, los aceites de baja viscosidad pueden ser usados; a bajas velocidades, aceites de mayor viscosidad son requeridos.

El mejor aceite para engranajes de tornillo sin-fin es un aceite sintético como el aceite Shell Tivela SA. Este aceite tiene excelentes propiedades de lubricación y es capaz de reducir la fricción, y por lo tanto el consumo de energía, en engranajes de tornillo sin-fin. Tiene un alto índice de viscosidad y es más estable que los aceites minerales al ataque químico. Los aceites minerales de alta viscosidad pueden ser usados pero tienden a tener una vida de uso más corta que los lubricantes sintéticos, especialmente si las temperaturas de operación son altas.

No es siempre posible seguir esta guía tan simple. Muchas cajas de engranajes contienen varios juegos de engranajes, operando a diferentes velocidades, pero todos lubricados con el mismo aceite. En esos casos, la velocidad del engranaje de baja velocidad es usualmente el factor crítico con el cual se determina la viscosidad del lubricante. En algunas cajas de engranajes, en donde hay grandes diferencias entre las velocidades de los engranajes de alta y baja velocidad, puede ser necesario usar un sistema de viscosidad doble. Un aceite de baja viscosidad lubrica los engranajes de alta velocidad y un aceite de alta viscosidad lubrica los engranajes de baja velocidad. Algunas veces puede ser posible realizar esto automáticamente, primero usando aceite frío para lubricar los engranajes de baja velocidad. Luego, después que el aceite ha sido calentado y su viscosidad disminuida, es circulado a los engranajes de alta velocidad.



Módulo Cuatro

Efectos de la temperatura

Características de carga

La temperatura ambiente a la cual operan los engranajes, afectará la selección de un lubricante. Donde se espera que las cajas de engranajes trabajen en ambientes fríos, el aceite debe ser capaz de proveer lubricación efectiva a la temperatura de arranque más baja esperada. Al mismo tiempo, el índice de viscosidad del aceite debe ser lo suficientemente alto para asegurar que la lubricación es efectiva a la temperatura de operación más alta anticipada.

Cuando los engranajes arrancan o paran de repente, o altas cargas son aplicadas, se generan altas presiones sobre los dientes de los engranajes. Estas cargas de choque pueden tender a romper la película de aceite entre los dientes del engranaje y causar el contacto metal-metal. Aceites con viscosidad mayores a las normales pueden ayudar a contrarrestar los efectos del choque, pero, donde las condiciones son aparentemente más severas, los aditivos de EP son esencialmente para preservar la lubricación efectiva y minimizar el desgaste.

La temperatura de operación es importante, también, no solo debido a su efecto sobre la viscosidad, sino también porque una temperatura de operación alta tenderá a promover la oxidación del aceite. Los engranajes que operan a altas temperaturas deben ser lubricados con aceites que tengan buenas propiedades antioxidantes. 600

Temperatura °C

500 Límite de estabilidad térmica

400 300

Lubricantes con antioxidantes

200 100

Lubricantes sin antioxidantes

0

Límite más bajo de temperatura 1

10

100

Duración (horas)

10.000

Temperatura límite para el uso de aceites minerales.

Lubricantes para engranajes METODOS DE APLICACION Los engranajes cerrados son usualmente lubricados por uno de estos tres métodos. El método más simple es el de lubricación por salpique en el cual los dientes del engranaje inferior están sumergidos en un baño de aceite. El aceite es transferido a las superficies que se encajan y llevado alrededor de la caja de engranajes y sobre los rodamientos. El método es satisfactorio donde las velocidades no son tan altas, que el aceite sea agitado excesivamente y donde ocurren pérdidas de potencia indeseables y aumento de la temperatura. Los engranajes lubricados por salpique usualmente se calientan bastante y requieren de aceites de mayor viscosidad que los engranajes lubricados de otra forma.


Módulo Cuatro aceite al diente de arranque, al menos que el engranaje esté operando a bajas velocidades. Esto provee una refrigeración más eficiente y reduce el riesgo de que se cree exceso de aceite en la raíz de los dientes. Los refrigeradores de aceite y el equipo de filtración pueden ser incorporados al sistema de lubricación por aspersión, los cuales son comúnmente usados en conjuntos de engranajes de potencia operando a altas velocidades.

Engranajes lubricados por aspersión.

Caja de engranajes lubricada por salpique.

En sistemas de lubricación por aspersión el aceite es alimentado sobre los dientes del engranaje cerca del punto donde se encajan. El aceite se drena hacia el fondo de la carcaza de donde es recirculado. Originalmente la práctica era suministrar el lubricante sobre el diente de encaje, pero ahora es considerado aplicar mejor el

En la lubricación con neblina de aceite el lubricante es atomizado y disperso en la caja de engranajes en una corriente de aire comprimido seco. Las gotas de aceite depositadas sobre los dientes de engranaje proveen una lubricación efectiva sin arrastre de aceite. Mientras que el suministro de aire comprimido seco tiene efecto refrigerante. Los aceites usados en éste método de lubricación deben ser resistentes a la oxidación ya que la formación de una neblina aumenta enormemente el área de superficie en contacto con el aire. Es importante asegurarse que la caja de engranajes está adecuadamente ventilada de tal forma que no se crea fricción en la caja de

Lubricantes para engranajes LUBRICANTES PARA ENGRANAJES ABIERTOS Los engranajes abiertos tienden a ser usados al aire libre en condiciones desfavorables expuestos a todo tipo de climas, como en minas, canteras y muelles. Normalmente operan a velocidades lentas y raramente son fabricados con la misma precisión que los engranajes cerrados. La lubricación tiende a ser intermitente. A continuación se incluyen importantes características de los lubricantes para engranajes abiertos:


Módulo Cuatro choques de cargas. Por lo tanto los lubricantes de engranajes abiertos pueden necesitar propiedades antidesgaste mejoradas y contener aditivos de extrema presión. Protección contra el medio ambiente Un lubricante para engranajes abiertos debe conservar sus propiedades en las condiciones climáticas más severas posibles. Su viscosidad puede disminuir en clima caliente o aumentar en clima frío.

Adherencia

Métodos de aplicación

Un lubricante para engranajes abiertos debe tener buenas propiedades de adherencia para no ser desplazado por el diente del engranaje, removido por el viento, limpiando por la lluvia o la nieve o lazando por las fuerzas centrífugas mientras que el engranaje opera. Por lo tanto, se requieren lubricantes más viscosos que los empleados en las cajas de engranajes y usualmente contienen aditivos adherentes.

Los engranajes abiertos sobre ejes horizontales son algunas veces lubricados al salpique pero éste método es conveniente sólo para aceites de baja viscosidad.

Grasas y grasas semifluidas son usadas algunas veces en engranajes abiertos. Aunque estas tienen la ventaja de ser retenidas de manera más efectiva en los dientes de los engranajes que los aceites, es frecuentemente difícil de obtener un cubrimiento satisfactorio de las superficies trabajadas. Propiedades de transporte de cargas Los engranajes abiertos son con frecuencia pesadamente cargados y pueden ser sometidos a

El lubricante debe ser suficientemente adhesivo para mantener una película continua sobre el diente del engranaje, pero no tan viscoso que se canalice en el reservorio o que cause grandes pérdidas de potencia. Donde se usan lubricantes más viscosos el método tradicional de aplicación es manual. El lubricante puede ser aplicado al diente del engranaje con una brocha. Un método más satisfactorio utiliza lubricantes de alta viscosidad los cuales son diluidos con un disolvente apropiado, por ejemplo, los Shell Malleus Fluids.

Lubricantes para engranajes El disolvente se evapora después de la aplicación para dejar una capa delgada de lubricante. El lubricante es fácil de aplicar por este método y puede ser pulverizado sobre el diente del engranaje automáticamente, dando paso a; empleo de sistemas de lubricación centralizada, provistos de boquillas aspersoras que se hallan estratégicamente situadas para brindar una adecuada cobertura del lubricante sobre los dientes. El lubricante preferiblemente de procedencia tipo fluido tixotrópico y el normal tipo fluido Newtoniano.


Módulo Cuatro expuestos a temperaturas ambiente y condiciones de operación extremas. Shell Malleus GL es la mezcla única de aceites minerales tipo Parafínico de alto índice de viscosidad con aceites base sintética, a los cuales se les há adicionado una cuidadosa selección de aditivos que le imparten un óptimo desempeño. Su balanceada formulación permite al lubricante permanecer suave y facilmente bombeable sobre largos períodos evitando con su óptimo desempeño la recostrucción de las raices de los dientes de los engranajes. Bajo condiciones no dinámicas se comporta como una grasa grado NLGI 1&2 Y bajo condiciones dinámicas en que es forzado a fluir por ductos de lubricación o es sometido a esfuerzos cortantes se comporta como un lubricante ISO 320/460/680 y/ó SAE 90/140/250, caracterísitica típica de los fluidos Tixotrópicos.

Un engranaje abierto.

FLUIDO TIPO TIXOTROPICO Shell Malleus GL 205 Lubricante para Cables, Guayas, Engranajes Abiertos y Cerrados Shell Malleus GL es un lubricante EP libre de Plomo y de calidad premium que ha sido desarrollado para la lubricación y protección de cables, guayas, engranajes abiertos y cerrados

Aplicaciones * Dientes de engranajes abiertos a la atmosfera trabajando a bajas velocidades * Guayas y cables de lento movimiento y que inclusive se encuentran expuestos a inmersión en aguas salinas. ∗ Guayas de winches y molinetes. * Sistemas de engranajes cerrados que operan bajo cargas y temperaturas extremas y bajas velocidades.

Lubricantes para engranajes * Sistemas de engrase de cojinetes planos por medio de sistemas de lubricación centralizad gracias a sus caracterísitcas de fluido tipo tixotrópico. * Ideal como lubricante único en aquellos sistemas donde se requiera racionalizar referencias de lubricantes tipo SAE 90, 140-250, grasas NLGI 1,2,3 y compuestos asfalticos, reemplazandolos por Shell Malleus GL 205. Características de Desempeño * Excepcional estabilidad física y mecáncia Shell Malleus GL mantiene sus propiedades protectoras naturales durante toda su larga vida de trabajo. * Excelente desempeño antidesgaste. A temperaturas de trabajo, velocidades y presiones Shell Malleus GL 205 forma un colchón protector de lubricación sobre el área de contacto entre la corona de engrane y los dientes del piñón motriz. * Superior capacidad de carga. Gracias al aditivo de Bisulfuro de Molybdeno and grafito que se combinan para reducir, las temperaturas de la zona de contacto entre dientes, el picado sobre las superficies de contacto de los dientes del engranaje y aliviar las condiciones de “Stick-Slip” (pegado e hincado) que sufren las superficies sometidas a un régimen trabajo con altas cargas y bajas velocidades.


Módulo Cuatro * Resistencia al Agua Efectivamente resistente al lavado de agua por inmersión y spray. * Proteccion ante la Corrosión Protege las superficies metálicas de la corrosión en ambientes hostiles tales como condiciones de de agua salina. Repele la mugre y el polvo. * Sostenibilidad ambiental Shell Malleus GL libre de aditivos tipo plomo y de solventes Dispensadores Shell Malleus GL puede ser aplicado manualmente ó mediante sistemas automáticos de lubricación centralizada. Disponibilidad Shell Malleus GL 205 está disponible en un rango amplio de viscosidades, según datos técnicos que en su totalidad se listan en la tabla de especificaciones situada al final. Seguridad y Salud Shell Malleus GL 205 no representa un significativo nivel de riesgo ó seguridad cuando es usado apropiadamente en las aplicaciones recomendadas y cuando son mantenidos buenos estandares de higiene personal e industrial Debe lavarse inmediatamente con agua y jabón cada vez que se tenga contacto con la piel.



Módulo Cuatro

Para mayor información sobre aspectos de seguridad e higiene, remitirse a la correspondiente hoja de datos de seguridad del producto “Shell Product Safety Data Sheet”.

Protección al medio ambiente Transportar los residuos de aciete usado a puntos de recolección autorizada. No descargar residuos aceitosos dentro de drenajes ó lechos de agua.

CARACTERISTICAS FISICAS TIPICAS Shell Malleus GL Kinematic Viscosity Del Aceite Base @ 100°C cSt (IP 71/ASTM-D445) Viscosidad Aparente @ -18°C P -40°C P (ASTM-D1092) Densidad @ 15.6°C (IP 365)

kg/l

Prueba de Extrema Presión de las Cuatro Bolas Carga de Soldadura kg Indice de Desgaste por Carga kg (ASTM-D2596) Prueba de extrema presión de Cuatro Bolas Diámetro descostrado mm

25*

65*

95*

205

300*

13.0

18.0

35.0

61.0

2400 13750

6600 39000

9400 -

20500 -

30000 -

1.003

1.070

1.076

1.080

1.090

500 75

620 85

800 110

800 120

800

0.54

0.57

0.67

0.67

+2045

+2045

+2045

+ 2045

(ASTM-D2266) Prueba Falex de Carga Continua Falla kg (ASTM-D3233)

*No disponibles en Colombia solo bajo pedido.

+2045

Lubricantes para engranajes ENGRANAJES AUTOMOTRICES Caja de cambios Mecanismo mediante el cual la rotación del cigüeñal se transmite a las llantas propulsoras; consiste en un sistema de engranajes cuya característica es engranar a grandes y distintas velocidades entre sí. Dependiendo del tipo de tracción (trasera o delantera) encontramos engranajes de dientes rectos, helicoidales, cónico, helicoidales e hipoidales, la potencia de un motor de explosión aumenta con el número de revoluciones por minuto hasta que se logra la velocidad de régimen. Al sobrepasar esta velocidad la potencia del motor vuelve a decrecer. Cuando un vehículo va sin fuerza, subiendo una pendiente, se recurre a la caja de cambios para hacer que, el motor vuelva a girar más rápido, dando toda su potencia, y el vehículo pueda subir con facilidad.


Módulo Cuatro Diferencial Si la corona, a la que hace girar el piñón de ataque, está unida a un eje, cuyos extremos se encuentran las ruedas, el mismo número de vueltas dará la rueda de la derecha que la rueda de la izquierda. Pero en una curva la rueda interior recorre un trayecto menor que la rueda exterior; estos recorridos desiguales son efectuados al mismo tiempo y puesto que suponemos las dos ruedas montadas rígidamente sobre el mismo eje, darán igual número de vueltas, por lo que, siendo de igual tamaño, forzosamente una será arrastrada por la otra, patinando sobre el piso. Para evitarlo se recurre al diferencial, mecanismo que hace dar mayor número de vueltas a la rueda que en la curva le corresponde recorrer la parte exterior y disminuye las de la parte interior, ajustándolas automáticamente.

Puente trasero El giro del motor, pasa por la caja de cambios y llega al puente trasero en el que tiene que comunicarse a las ruedas colocadas en un eje transversal. Este cambio en ángulo recto se consigue por el engranaje del piñón de ataque P (en el extremo el árbol de transmisión) y de la corona R montada en el eje de las ruedas y que comunica a éstas el movimiento del motor, siempre demultiplicado (reducido) por ser el piñón de ataque más pequeño de la corona. La relación demultiplicación de la pareja piñón corona es la misma que la relación de los números de dientes.

Puente trasero.



Módulo Cuatro

Diferenciales controlados El inconveniente del diferencial (menos sensible en los automóviles que en los camiones o tractores), es que cuando una rueda propulsora pierde adherencia y patina, gira a gran velocidad y la otra no gira a falta de fuerza. Para resolver este problema se utiliza el diferencial controlado que consiste en un dispositivo que hace que las dos ruedas giren a la misma velocidad y aunque alguna no agarre, la otra puede sacar al vehículo de la situación difícil en la que se encuentra. Este tipo de diferenciales requiere lubricante con propiedades antideslizante (limited slip). Diferencial.



Módulo Cuatro

TEST DE DESEMPEÑO PARA ENGRANAJES AUTOMOTRICES Aplicación

Condiciones de operación encontroladas

Todos los vehículos

Contaminación con agua

Vehículos pesados, equipos de costrucción etc. etc.

Test de desempeño requerido

Problemas potenciales Herrumbre Intoducción de partículas de herrumbre dentro del equipo

ASTM L / 33

Alto torque

Fallas en engranajes como: picado, desgaste, astillado, etc etc..

ASTM L - 37

Vehículos de pasajeros, taxis, camiones livianos

Alta velocidad

Escoriación por choque de cargas a alta velocidad

ASTM L - 42


Alta temperatura Bombeo, salpique, agitación del lubricante

Depósitos

ASTM L / 33



Lubricante en contacto con lavadores a presión, enfriadores de aceites, etc etc..

Espesamiento del aceite ASTM D - 892

Espuma en el aceite del cobre

Corrosión ASTM D - 130

Clasificaciones y especificaciones de los aceites para engranajes Existen diferentes sistemas para describir las características para engranajes, los cuales sirven de guía para la selección del lubricante correcto bajo condiciones específicas de operación. Algunos de los más importantes son: Para aceites industriales

Para aceites automotrices

AGMA Standard 250.04

API

ISO 6743 - 6

MIL - L - 2105 D

David Bromn Diiv 51537



Módulo Cuatro AGMA STANDARD 250.04

Aceites R & O para engranajes

Rango de viscosidad cSt (mm2 / s) a 40º C

Grado ISO equivalente

Lubricante para engranaje E.P.

1

41.4 a 50.6

46

2

61.2 a 74.8

68

2 EP

3

90 a 110

100

3 EP

4

135 a 165

150

4 EP

5

198 a 242

222

5 EP

6

288 a 352

320

6 EP

* 8 Compounded *

414 a 506

460

7 EP

612 a 748

680

8 EP

900 a 1100

1000

8 AEP

7 Compounded

8 A Compounded

*

(*) Aceites compuestos con ácidos grasos entre el 3 y el 10% ó aceites sintéticos con componentes grasos.



Módulo Cuatro

APLICACIONES DE ENGRANAJES AUTOMOTRICES E INDUSTRIALES

Especificación US 220 US 221 US 224 US 226 US 236 US 227 AGMA 250.03 AGMA 251.02 AIP G L - 4 AIP G L - 5 AIP G L - 6 MIL - L 2105 MIL - L 2105 B MIL - L 2105 C Mack GO - F Mack GO - G (b) Lub.. SIideway (c) Lub Rock DriII

Nivel de calidad Aceite Extrema Presión Aceite para Egranajes HipoidaIes Aceite para Egranaje de Extra Rendimiento Lubricante para engranajes abiertos Lubricante para engranajes abiertos Lubricante para engranajes de Máquinas para movimiento de tierra Transmisiones para Engranajes IndustriaIes Cerrados Engranajes IndustriaIes Abiertos Condiciones severas de veIocidad depIazante y carga Presión, choque y desplazamientos muy severos Presión muy severa, choque y aIto desplazamiento Lubricante para engranajes muItiuso Lubricante para engranaje muItiuso Lubricante para engranajes muItiuso MIL - 2105C con aprobacion prueba ‘‘ snap ” de Mack Mack GOF más 100.000 millas sin astilladuras Cincinnatti - Milacron Gardner - Denver

Lubricantes para engranajes SERVICIO DE CALIDAD API PARA ACEITES DE TRANSMISIONES Y DIFERENCIALES El Instituto Americano de Petróleo (API) ha desarrollado un grupo de SEIS DESIGNACIONES DE SERVICIO para ubicar la calidad de aceites para engranajes. Cada número satisface un servicio más severo que su inmediato inferior. API GL-1 Para servicio automotriz moderado en engranajes helicoidales cónicos y sin-fin, y ciertas transmisiones manuales. Los aceites minerales puros trabajan satisfactoriamente. Para mejorar su servicio puede añadirse inhibidores de corrosión y oxidación, antiespumantes y depresores del punto de congelación. No son necesarios los agentes de extrema presión y modificadores de fricción. API GL-2 Para servicio automotriz en engranajes sin-fin que operan con cargas, temperaturas y velocidades de deslizamiento tales, que los lubricantes API GL-1 no las satisfacen. API GL-3

Para servicio en engranajes helicoidales cónicos y transmisiones manuales bajo cargas y velocidades moderadamente severas, donde los lubricantes API GL-2 no son adecuados.


Módulo Cuatro API GL-4 Este servicio es característico de engranajes automotrices, particularmente HIPOIDALES operados bajo condiciones de alta velocidad, alto torque. API GL-5 Este servicio es característico de engranajes automotrices, particularmente HIPOIDALES operados bajo condiciones de alta velocidad, alto torque. API GL-6 Este servicio es característico de engranajes automotrices, específicamente HIPOIDALES de ALTA COMPENSACION operados bajo condiciones de alta velocidad y rendimiento. Clasificación API Aceites Shell GL-1: Dentax,Vitrea,Valvata,Voluta,Vitrea M GL-2: Hydrafluid, Tellus, S-8085-E GL-3: Omala, Malleus GL-4: Spirax HD GL-5: Spirax, Spirax S, Tivela SA



Módulo Cuatro

PRINCIPALES TESTS

presiones unitarias y moderadas velocidades de deslizamiento, tales como las encontradas en los engranajes hipoidales.

FZG Indica las características de protección al desgaste de un lubricante para engranajes. Específico para demostrar la capacidad antidesgaste (desgaste adhesivo) en aceites para engranajes de reducción, engranajes hipoidales, engranajes de transmisión etc. El equipo consiste en un conjunto de engranajes, accionados por un motor eléctrico. Los engranajes se pesan hasta décimos de miligramo, se colocan sobre ejes de prueba, en la caja de eje se pone el aceite en prueba, se aplica la carga y se corre la prueba por 15 minutos a altas temperaturas mínimo 90°C. Al final de este tiempo se pesan nuevamente los engranajes; este procedimiento se continúa durante 12 etapas o hasta que se registren 10 miligramos de pérdida de peso entre dos etapas de carga sucesivas. En cada etapa se va incrementando gradualmente la carga. Los resultados son reportados en términos de las etapas pasadas y de la carga.

Cuatro bolas de media pulgada son distribuidas con una de ellas encima de las otras tres. Estas tres bolas agarradas entre sí forman un soporte sobre el cual la cuarta bola rota en un eje vertical, el aceite en prueba cubre toda e área de contacto de las cuatro bolas, en este test la temperatura no se controla, la carga es aumentada a intervalos específicos, hasta que la bola que rota se suelde a las otras tres. Se reporta el índice de desgaste de carga que es la capacidad de un lubricante para prevenir el desgaste bajo cargas aplicadas. Y el punto de soldadura que es la carga aplicada en kgs a la que la esfera de rodamiento se suelda a las otras tres esferas.

TEST TIMKEN

TEST DE LAS CUATRO BOLAS Se desarrolló para evaluar las propiedades de extrema presión, antidesgaste y antisoldadura, de los lubricantes, bajo condiciones de altas

Carga

Esta prueba mide la resistencia a la abrasión y la capacidad de carga de un lubricante o una grasa. Simula condiciones de extrema presión; la prueba consiste en hacer girar un elemento rotatorio, contra uno estacionario, entre los cuales se

Lubricantes para engranajes interpone el aceite en prueba, se fijan pesos que fuerzan a entrar en contacto al elemento rotante con el estacionario. El lubricante se evalúa con relación a su habilidad para prevenir el escoriado de las superficies metálicas, los resultados son expresados como timken OK en libras y representa la máxima carga que puede ser aplicada sin producir escoriación en el metal.


Módulo Cuatro



Módulo Cuatro

METODO PARA SELECCION DE ACEITES LUBRICANTES EN CAJAS DE ENGRANAJES INDUSTRIALES CERRADOS

sistema con los tipos de engranajes particularmente mencionados, este se encuentre trabajando bajo condiciones de severa de vibración y ó presencia de cargas cíclicas de choque..

El método que a continuación se presenta, se denomina el Método Gráfico y a través de su aplicación podemos determinar y ó verificar la viscosidad requerida por parte de un aceite lubricante de engranajes industriales cerrados que son lubricados por salpique.

A continuación se citan dos ejemplos para los cuales se requirió conjugar las correcciones citadas y que adicionalmente ilustran para el ejemplo 2. el criterio a seguir cuando se trate de aproximar una viscosidad que es no coincidente, bien sea por exceso ó por defecto, con alguna de las curvas paramétricas que sobre el Nomograma de la figura 2 representan a los diferentes grados ISO.

También permite seleccionar la viscosidad del lubricante requerida por los sistemas de engranajes industriales cerrados, que cuentan con sistema de lubricación por circulación, realizando, posterior a la determinación de la viscosidad y su consecuente grado ISO, la corrección del mismo, seleccionando el grado ISO inferior subsiguiente al obtenido aplicando el método, que como se enuncia en el párrafo inicial, es el método directo para la selección de la viscosidad de los aceites de sistemas de engranajes industriales cerrados que son lubricados por salpique. Y se incrementa el grado ISO al superior subsiguiente cuando y después de efectuar la corrección anterior, se trate de lubricar sistemas que cuentan con engranajes del tipo tornillo sinfín corona y del tipo engranajes hipoidales. Es también efectuada la corrección del resultado de viscosidad y grado ISO obtenido, incrementando al grado ISO superior subsiguiente, cuando aún y a pesar de no contar dentro del

Ejemplo: Resultados de Lubricación por Lubricación por Método Salpique Circulación 1.Vis. Exacta 2.Vis. Interm.

100 120

Resultados de Método

1.Vis. Exacta 2.Vis. Interm.

100 120

100 100

68 100

Lubricación por Lubricación por Salpique con Circulación con Engranajes tipo Engranajes tipo Hipoidales y/ó de Hipoidales y/o de Tornillo Sinfin Tornillo Sinfín Corona Corona 150 100 150 150

a. PROCEDIMIENTO Los pasos para aplicar este método son: - Paso Primero: recopilación de los datos siguien tes: Potencia (HP)* Velocidad de salida (r.p.m.)



Módulo Cuatro En la escala superior se localiza la relación total de reducción crítica (ó sea la del par de engranajes que más reducción ofrezcan dentro del general de trenes de engranaje con que la caja cuenta) y a partir de ella se proyecta una recta hasta el punto antes marcado sobre la línea pivote; esta recta corta la escala de viscosidad media del aceite en cSt a 55ºC (Temperatura típica de diseño a la cual funciona normalmente un sistema de engranajes industriales cerrados) línea de temperatura sobre la cual se ubica el corte y se lee el valor correspondiente de viscosidad.

Relación total de reducción = rpm e n t r a d a / rpm salida. Tipo de Accionamiento bien sea por motor de combustión interna ó motor eléctrico ó Turbina. Tipo de Engranajes. - Paso Segundo: Uso del gráfico de la figura 1: En la escala inferior de la figura, localiz la potencia transmitida (HP)*, afectada por la eficiencia de transmisión (si se conoce), y en la escala inmediatamente superior se localiza, la velocidad de salida (rpm); luego por estos dos puntos se traza una línea recta que corte a la línea de pivote. Relación total de reducción. 1.000 400 200 50 30

500

300

100

40

10

20

*Casi siempre oscila entre 0.97 a 0.99, pero para el caso más critico si no se conoce se empleará el factor de 1.00.

0

5

Viscosidad media del aceite en cSt a +55ºC 190

170

150

130

180

160

140

1

3

5

110

120

90

100

70 80

50

30

60

40

300

500

Línea de pivote

Velocidad de salida, r.p.m. Potencia transmitida, H.P.

2 1

4 3

2

20 10

5

4

40 30

20

10

100 50

40

30

Figura 1

200 100

50

400 300

200

2.000 1.000

500

400

2.000

1.000

3.000



Módulo Cuatro

- Paso Tercero: Con el valor de la viscosidad leí- - Paso Cuarto: Se corrige el grado ISO: do en la figura 1 y con la temperatura media de - Incrementándolo al mayor siguiente superior sí el re55ºC, se halla el grado ISO del aceite a emplear ductor está compuesto de engranajes cónicos helicoidales mediante el Nomograma que representa la cur- ó tornillo sinfín-corona. vas de viscosidad paramétricas de los diferen- Reduciéndolo al menor siguiente, sí el reductor está tes grados ISO mostrados en la Figura. siendo lubricado por circulación. VISCOSIDAD CINEMATICA CENTISTOKES LUBRICANTES CON KVI < 100 60.000 30.000 15.000 10.000 5.000 3.000 1.600 1.000 500 300 200 150 100 85 48 30 20 15 10 9 8 7 6 5 4 2

0

ISO

GRAFICO ASTM DE VISCOSIDAD-TEMPERATURA ESTANDAR PARA LOS LUBRICANTES INDUSTRIALES DERIVADOS DEL PETROLEO

1.500 1.000 800 680 460 320 220 150 100 68 46 32 22 15

Lubricantes para engranajes B. CONSIDERACIONES PARA ESCOGER EL GRADO DE ADITIVACION REQUERIDO La selección del grado de aditivación depende del mayor ó menor grado de exposición al desgaste en que se vean envueltas por condiciones de diseño de los engranajes, las superficies de los dientes de engrane, determinando así y en orden de menor protección a mayor protección, partiendo en primer lugar con el nivel de lubricidad natural ó mejorada que provea el lubricante y siguiéndole con mayor protección el aditivo antidesgaste, el de extrema presión de carácter no activo y el de extrema presión de carácter activo respectivamente. El tipo de engranajes que demandan el más severo nivel de protección al desgaste son los del tipo hipoidal y el menos severo el los cilíndricos de dientes rectos. TIPOS DE ENGRANAJES

GRADO DE CALIDAD

ACEITE RECOMENDADO ADITIVACION

1. Engranajes rectos

API GL 1 ó 2

Mineral puro ó turbina ó hidráulico.

2. Helicoidales

API GL 2 ó 3

Hidráulico ó motor ó automotriz ó engranajes industriales.

Corona tornillo sinfín

API GL 3 ó 4

Engranajes Industriales con moderado EP

Hipoidales con automotriz

API GL 5

Engranajes Automotrices máximo EP

NOTA: Salvo en casos en que los sistemas de engranajes se encuentran expuestos a contaminación regular con humedad, se recomienda la selección de aceites con características tipo compound.


Módulo Cuatro C.CONSIDERACIONES PARA SELECCIONAR UN LUBRICANTE SINTETICO Sistemas de engranajes industriales cerrados con temperaturas de operación mayores a 70°C, se recomienda utilizar aceites sintéticos tipo PAO preferiblemente y para casos extremos los tipo PEG (Polietylen Glicol,) y ó tipo diésteres . Ejemplo: Para un sistema de engranajes industriales cerrados, del cual desconocemos información del lubricante a utilizar, hallar el grado ISO del aceite a determinar y considerando que el sistema cuenta con lubricación por circulación: Datos: -Motor eléctrico -Engranajes cilindricos de dientes rectos. -Potencia Transmitida (HP) -Velocidad de entrada y salida -Relación de transmisión -Temperatura de operación 55°C



Módulo Cuatro - Paso Segundo

Solución: - Paso Primero - Potencia = 45CV x 0.98 = 44.1 CV (de 1 a 2) Pt (HP) = 44.1 CV x 0.9863 HP/CV – 43.5 HP - Potencia transmitida de 3 a 4 43.5 HP x 0.98 Pt = 42.63 HP - Velocidad de entrada n1 = 1.000 rpm (en motores eléctricos, asumir 1.700 rpm, cuando no se conozca) - Velocidad de salida n2 = 200 rpm. - Relación total de reducción = n1 / n2 = 1.000 / 200 = 5 = i

En la escala inferior de la Figura 1, se ubica el valor de Pt (43.5 HP), y en la de velocidad de salida el de 200 rpm. Se traza una recta que se prolonga hasta que corte la línea de pivote. Sobre la escala superior se marca el valor de relación total de reducción y se proyecta una línea recta hasta el punto antes marcado sobre la línea de pivote, en el punto de corte con la escala de viscosidad media se lee el valor de 72 cSt a 55°C.

A

B

Relación total de reducción. 1.000

400

500

200 300

50 100

Relación total de reducción. 30

40

10

0

20

1.000

5

Viscosidad media del aceite en cSt a +55ºC * 190 170 150 130 180

160

140

110

120

90 100

70 80

50 60

200 300

50 100

30 40

10

0

20

5

Viscosidad media del aceite en cSt a +55ºC * 190 170 150

30 40

180

Línea de pivote

160

130

140

110

120

90 100

70 80

50 60

30 40

Línea de pivote 1

Velocidad de salida, r.p.m.

Potencia transmitida, H.P.

400

500

3 2

1

5 4

3 2

20 10

5 4

40 30

20 10

100 50

40 30

300 200

100 50

400

300 200

500

500 400

2.000 1.000

2.000 1.000

1 Velocidad de salida, r.p.m.

3.000

Potencia transmitida, H.P.

3 2

1

5 4

3 2

20 10

5 4

40 30

20 10

100 50

40 30

300 200

100 50

300 200

500 400

500 400

2.000 1.000

2.000 1.000

3.000

* : Si no se especifica temperatura del aceite, de lo contrario corregir la viscosidad a la temperatura real que por cuerpo radiante a la carcaza y los ejes del reductor por efecto del calor emitido desde el proceso, transmiten al aceite bien sea aumentandola o disminuyendola en ºC



Módulo Cuatro

- Paso Tercero Con el valor de 72 cSt y una temperatura media de 55°C (131°F) se ubica el gráfico de la figura 1

el punto de corte de estos dos valores; dicho punto se encuentra cerca a la línea ISO 150

VISCOSIDAD CINEMATICA CENTISTOKES LUBRICANTES CON KVI = 140 a 150 10.000 5.000 3.000 1.600 1.000 500 300 200 150 100 85 48 30 20 15 10 9 8 7 6 5 4 2 0

ISO 800 680 460 320 220 150 100 68 46

GRAFICO ASTM DE VISCOSIDAD-TEMPERATURA ESTANDAR PARA LUBRICANTES INDUSTRIALES SHELL CASSIDAS HF, GL, CR, CHAIN, OMALAS RL 46, 68, 100, 150, 220, 320, 460, 680, 800

Lubricantes para engranajes - Paso Cuarto Por tratarse de un sistema de lubricación por circulación debe disminuirse el grado ISO enuno, por el cual: Grado ISO final = 100; y el grado de


Módulo Cuatro aditivación correspondiente a un aceite API GL 1ó 2, dadas las caracterísitcas demandadas por la lubricación de los sencillos engranajes con que está construida esta caja reductora, los cuales son cilíndricos de dientes rectos.

VISCOSIDAD CINEMATICA CENTISTOKES LUBRICANTES CON KVI = 215 a 250 10.000 5.000 3.000 1.600 1.000 500 300 200 150 100 85 48 30 20 15 10 9 8 7 6 5 4 2 0

ISO 800 680 460 320

GRAFICO ASTM DE VISCOSIDAD-TEMPERATURA ESTANDAR PARA LUBRICANTES INDUSTRIALES SHELL TIVELA S 32, 46, 68, 100, 150, 220, 320, 460, 680, 800

220 150 100 68 46 32

Lubricantes para engranajes RESUMEN DE LA SECCION DOS Los lubricantes para engranajes deben lubricar, refrigerar, proteger y mantener la limpieza. Los aceites minerales y sintéticos son generalmente preferidos para utilizarlos como lubricantes para engranajes. Las grasas semifluídas también pueden ser usadas en cajas de engranajes pequeñas que operen intermitentemente y a baja velocidad. La propiedad más importante requerida para un lubricante de engranajes es una viscosidad adecuada. En general, la viscosidad ideal es la mínima consistente con la lubricación apropiada de los dientes del engranaje. Otras propiedades relevantes requeridas de lubricantes para engranajes son: Un índice de viscosidad apropiado para que la viscosidad del lubricante permanezca dentro de los límites aceptables a todas las temperaturas de operación del engranaje. Propiedades antidesgaste adecuadas para minimizar la fricción y el desgaste cuando se opera bajo cargas extremas.


Módulo Cuatro Resistencia a la oxidación, anticorrosión y propiedades antiespumantes y buena desmulsibilidad. La selección de un lubricante adecuado está determinada por el tipo de engranaje y la velocidad. Los engranajes de baja velocidad requieren aceites de mayor viscosidad que los engranajes de alta velocidad. Los engranajes con alta carga necesitan aceites que contengan aditivos de extrema presión. Las temperaturas ambiente y de operación de una caja de engranajes, sus características de carga y su método de aplicación del lubricante también necesita ser tenido en cuenta cuando se selecciona el lubricante adecuado. Los lubricantes para engranajes abiertos frecuentemente necesitan funcionar en situaciones expuestas y se le debe colocar particular atención a su adhesividad, las propiedades de transporte de carga y la habilidad para mantener las propiedades de lubricación en condiciones ambientales adversas.



Módulo Cuatro

Sección Tres FALLAS EN ENGRANAJES 12345-

Falla en los materiales Condiciones de operación Desalineamiento Corrosión Lubricación deficiente – contaminación

Cómo Establecer la Causa de una Falla ? 1- Recomendaciones del fabricante del equipo? carga, velocidad, temperatura? 2- Lubricación? Tipo y viscosidad correcta? Está el lubricante limpio,seco y libre de conta minación? Es el suministro de lubricante adecuado - nivel bajo o alto? Está la eficiencia de la lubricación siendo afec tada por aireación, espuma, ...? 3- Historia de operación del equipo? Qué factores han cambiado?

Factores que Infuencian la formación de espuma • • • •

Contaminación. Diseño del equipo. Propiedades químicas del fluido. Inhibidores de espuma.



Módulo Cuatro

CLASIFICACION DE LAS FALLAS EN ENGRANAJES

Fallas de los Engranajes

Daños Superficiales Picado

Fracturas de Dientes

Barrido Cedencia Plast. Desgaste

Desg. Abrasivo

Sobracarga

Desgaste Corrosivo

Fractura x Impacto Fractura x Fatiga

Otras

Lubricantes para engranajes FALLAS EN LOS DIENTES DE LOS ENGRANAJES • Fatiga Superficial • Picadura Inicial o Pitting • Picadura destructiva • Descostrado • Desgaste y Rayadura • Deformación plástica o por sobrecarga • Ruptura de dientes • Otros procesos de falla

Pitting - Picadura


Módulo Cuatro repetida en la superficie de los dientes, lo cual causa grietas de fatiga. 3 El lubricante puede entrar en las grietas y ser comprimido por los movimientos subsiguien tes, propagando la grieta. 4 Las tensiones o esfuerzos que causan el Pitting tienden a estar localizadas alrededor de pun tos calientes o inclusiones en las superficies de los dientes. 5 Los engranajes modernos tienen mínimas im perfecciones superficiales, por lo tanto un es caso Pitting ocurre especialmente cerca de la línea pitch. 6 Las sobrecargas pueden causar serios daños superficiales en forma de Pitting destructivo, conduciendo a vibración excesiva y ruido. 7 El Pitting extensivo conocido como flaking o spalling (astillado) es más común en engrana jes endurecidos. Métodos para prevenir el Pitting 1 Reducir las cargas sobre los engranajes o mo dificando su diseño, por ejemplo alterando el diámetro, el ancho de los dientes o el número de dientes.

1 El Pitting es una forma compleja de falla cau sada por la acción de rodadura y deslizamien to durante el engrane de los dientes.

2 Usar componentes de acero con tratamientos térmicos de endurecimiento superficial para re ducir las inclusiones.

2 El Pitting ocurre por la deformación y tensión

3 Mejorar el acabado superficial de los dientes

Lubricantes para engranajes (material pulverizado o pulido) para limitar el desarrollo de grietas.


Módulo Cuatro Scuffing - (Scoring)

4 Incrementar la viscosidad del lubricante y ase gurar su enfriamiento y limpieza. La contami nación con agua y partículas abrasivas promue ve el Pitting. 5 Lubricación adecuada.

Extensive Pitting - Flaking or Spalling

1 El Scuffing o desgaste adhesivo ocurre cuan do las cargas son tan altas que la película lu bricante se rompe y hay contacto metal - me tal. 2 El metal es transferido de una superficie y arrastrado a través de los dientes. 3 El pie y la raíz de los dientes son las partes más afectadas,mientras que la línea pitch es escasamente tocada. 4 El Scuffing debe distinguirse del scratching de bido a la abrasión, que tiene una apariencia similar pero origen diferente.

Lubricantes para engranajes Prevención del Scuffing 1 Operar con menor carga. 2 Uso de lubricantes EP. 3 Mejorar el acabado superficial.


Módulo Cuatro 2 Las partículas abrasivas provienen del medio ambiente o de otros tipos de falla como el Pitting. 3 El desgaste abrasivo depende de la naturale za y tamaño de las partículas contaminantes.

4 Incrementar la velocidad de operción.

Prevención del desgaste abrasivo

5 Enfriamiento.

1 Engranajes endurecidos en su superficie.

Desgaste abrasivo

2 Mantener sellos de aceite herméticos. 3 Venteos o respiraderos con filtros. 4 Lubricantes de alta viscosidad. 5 Cambiar el aceite periódicamente y filtrarlo en sistemas de circulación. 6 Hábitos de limpieza durante el mantenimiento.

1 Resulta del transporte de partículas abrasivas en la película lubricante, que pueden quedar atrapadas entre los dientes de los engranajes.

Lubricantes para engranajes Desgaste por sobrecarga


Módulo Cuatro Desgaste corrosivo

1 El desgaste destructivo ocurre a bajas veloci dades y altas cargas. 2 Bajo estas condiciones, la carga rompe la pelí cula lubricante pero la temperatura no es sufi ciente para provocar la soldadura de los meta les en contacto y causar el siffing. 3 Este desgaste afecta a casi toda la superficie de los dientes, excepto en la línea pitch. 4 Poco común en engranajes endurecidos.

Plastic yielding/ Deformación por sobrecarga

1 El desgaste corrosivo es relativamente poco común. 2 Se caracteriza por la presencia de un gran nú mero de muy pequeños huecos distribuidos so bre toda la superficie de trabajo del diente. 3 Causado por los productos ácidos generados en la oxidación del aceite o por su contamina ción con agua (humedad). 4 Partículas metálicas en el aceite catalizan la oxidación.



Módulo Cuatro

Fractura por impacto

1 La fractura estática se presenta cuando los dientes se rompen después de solo unos po cos ciclos de muy altas cargas. 2 El diente que sufre fractura por impacto se ca racteriza a menudo por la presencia de una ondulación en el área donde fué comprimido. Esto se debe a una deformación plástica se vera. 3 La superficie de fractura tiene una apariencia fibrosa, uniforme y gruesa, y no hay signos de daño progresivo.

Fractura por fatiga

3 Sobrecargas repetidas inician las grietas en la raíz que se extienden en uno o más dientes. 4 Algunas veces se reconoce por marcas elípti cas sobre la superficie fracturada, que salen desde el punto en la raíz donde se originó la falla. La probabilidad de falla por fatiga puede ser minimizada: 1 Reduciendo la carga sobre el engranaje.

1 Esta falla es causada por sobrecarga repetida sobre un diente.

2 Incrementando el tamaño del diente o el an cho de la cara.

2 El diente es similar a una viga voladiza que es soportada por uno de sus extremos. La carga actúa hacia la punta del diente y el máximo esfuerzo ocurre en la raíz.

3 Incrementando el diámetro del engranaje. 4 Incrementando el radio de la raíz. 5 Tecnología de fabricación.

Lubricantes para engranajes Otras causas de fractura Fractura por desalineamiento La falla se origina en el extremo final de los dientes y tiende a seguir una línea diagonal. El desalineamiento se presenta a menudo por problemas con los cojinetes del eje. Esta falla es más común en engranajes helicoidales y cónicos.


Módulo Cuatro



Módulo Cuatro

EXAMINANDO DIENTES DE ENGRANAJE

Registro de Pitting (picado) obtenido con una cinta adhesiva transparente y un agente de marcación

Registro de Scuffing (gripado) o desgaste por fricción adhesiva obtenido con una cinta adhesiva transparente y un agente de marcación

Registro de Scuffing (gripado) en la parte de dedendum localizado, e insipiente iniciación de desgaste abrasivo en la zona de adendum, obtenido mediante el método de impresión por vaciado de resina.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos

EL TUTOR DE ACEITES SHELL

Módulo Cinco

Contenido

Resumen esquemático de fallas en sistemas hidráulicos

Sección Uno

Transmisión automática

Principios de hidráulica Hidrostática Elemental Circuito hidráulico simple Fluidos hidráulicos

Fluido para transmisiones automáticas Resumen

Sección Tres

Bombas

Limpieza de sistemas hidráulicos y fluidos de lubricación

Clasificación y tipos de bombas

Estandares de limpieza

Actuadores hidráulicos

Método de extensión de la vida

Motores hidráulicos

Selección nivel de limpieza

Válvulas

Niveles de contaminación

Depósitos

Construcción de los filtros tipo V-Pack

Ventajas de los sitemas hidráulicos

Como conseguir un nivel de limpieza determinado

Resumen

Grados de filtración y de filtros

Sección Dos

Limites de correlación entre "Beta" y sistemas de limpieza y "Capacidad de suciedad" y vida de servicio

Fluidos hidráulicos

Cambios estructurales del filtro por el flujo o la presión

Funciones de los fluidos hidráulicos

Montaje de los filtros según nivel de limpieza requerido

Propiedades requeridas por los fluidos hidráulicos Selección de un fluido hidráulico

Montajes y ubicación de los componentes para control de contaminación

Clasificación de aceites hidráulicos minerales

Mantenimiento de los sistemas de limpieza

Fluidos hidráulicos ininflamables

Indicadores de condición de fliltro

Clasificación de aceites fluidos resistentes al fuego

Como seleccionar el filtro de la medidacorrecta

Mantenimiento del fluido

Lavado de sistemas nuevos ó reconstruídos

Especificaciones de los fluidos hidráulicos

Vida de servicio del elemento

Pruebas para los fluidos hidráulicos

Monitoreo niveles de limpieza

Averías en los mandos hidráulicos

Mantenimiento proáctivo


Sección Uno Los sistemas hidráulicos son muy usados en la industria para la transmisión y el control de potencia. Estos se comparan con sistemas eléctricos y mecánicos pero tienen la ventaja de ser compactos, confiables y buenos para multiplicar la fuerza. La primera sección de este Módulo pretende darle a Usted un conocimiento de los principios básicos de hidráulica y describe los componentes más importantes de un sistema. Cuando usted halla estudiado la información clave de esta sección, usted podrá: Explicar el significado del término hidráulico. Describir un gato hidráulico simple y explicar cómo trabaja. Especificar los principales componentes requeridos en un sistema hidráulico, describir sus funciones y explicar como trabajan.


Módulo Cinco Explicar la aplicación de la ley de Pascal en la operación de sistemas hidráulicos. Describir los principales tipos de bombas usados en sistemas hidráulicos. El término hidráulica se usó originalmente para referirse a cualquier aplicación en ingeniería, de las propiedades de los líquidos y especialmente del agua. Hoy en día la palabra generalmente se refiere al uso de líquidos para la transmisión de energía. La operación básica de un sistema hidráulico está ilustrada en el diagrama a continuación que muestra un gato simple. En este aparato, el pistón de una bomba pequeña es usado para hacer presión sobre un líquido, la presión es transmitida a través del líquido que llena el sistema a un cilindro en el cual un pistón más grande tiene una carga. A medida que la fuerza en el pistón pequeño aumenta, la presión se incrementa hasta ser mayor que la de la carga.

Enumerar las ventajas que los sistemas hidráulicos tienen sobre los métodos de transmisión de potencia eléctricos y mecánicos.

Carga

Demostrar la versatilidad de sistemas hidráulicos por medio de ejemplos. Diferenciar entre los términos hidráulica, hidrostática, hidrodinámica e hidrocinética.

Bomba

Cilindro

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Un aspecto crucial del anterior sistema es que convierte una fuerza pequeña en una mucho mayor. La fuerza aplicada al pistón pequeño es amplificada por el pistón más grande según su relación de tamaños. Por ejemplo, una fuerza de 10 Newtons aplicada a un pistón con un área de 1 cm2, producirá una fuerza total de 1000 Newtons sobre un pistón de 100 cm2. Bomba

Válvula de Presión

Carga

Depósito

Válvula Antiretorno Sistema hidraúlico práctico

El aparato hidráulico simple mostrado, debe ser modificado para producir un sistema en el cual sea posible controlar la dirección del movimiento, su velocidad y la fuerza transmitida. Un sistema operativo puede lograrse introduciendo un depósito de fluido para el sistema, dos válvulas sin retorno para dirigir el flujo del fluido y


Módulo Cinco controlar el movimiento hacia arriba de la carga, y una válvula de seguridad de presión para descargar la presión y controlar el movimiento hacia abajo. En este sistema, entre más rápido se trabaje la bomba, más rápido se levantará la carga una vez se haya acumulado suficiente presión en el sistema. La velocidad de movimiento de la carga depende del volumen de fluido alimentado al cilindro.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Hidrostática elemental La hidráulica es una rama del área de la mecánica de fluidos que estudia el comportamiento de fluidos estáticos y móviles. La mecánica de fluidos estáticos se llama HIDROSTATICA. Cuando el sistema es accionado por una fuerza aplicada a un líquido contenido en un recipiente cerrado se le denomina SISTEMA HIDROSTATICO. Siendo la presión la fuerza aplicada por unidad de superficie. Mientras que el estudio de los fluidos en movimiento se llama HIDRODINAMICA, un sistema hidráulico que utiliza el impacto o energía cinética del líquido para transmitir energía se llama: SISTEMA HIDRODINAMICO o HIDROCINETICO.


Módulo Cinco En los sistemas hidráulicos que vamos a estudiar, la energía se transfiere por la transmisión de presión a través de un fluido. La velocidad a la cual se mueve el fluído es pequeña por lo cual los sistemas se pueden considerar hidrostáticos. (en sistemas hidrodinámicos verdaderos, la energía es transmitida por el movimiento de un fluido. Un ejemplo simple es la rueda hidráulica, Sistemas hidrodinámicos también pueden describirse como hidrocinéticos).

Carga

Bomba

Máquinas hidráulicas tales como el gato simple descrito anteriormente, funcionan porque los líquidos poseen dos propiedades básicas, son más o principio se llama la Ley de Pascal. Cuando una fuerza F se aplica a un fluido encerrado, por medio de una superficie con área A se crea una presión P en el fluido. La fuerza, el área y la presión se relacionan con la expresión: P=F/ A

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Ya que, según la Ley de Pascal, la presión actúa igual y simultáneamente en todas las direcciones, el tamaño y la forma del contenedor no importan. Eso significa que una pequeña carga sobre un área pequeña puede soportar una carga mayor sobre un área mayor. Por ejemplo, una fuerza (F1) de 10 Newtons aplicada a un área (A1) de 1 cm2 crea una presión P de:


Módulo Cinco La multiplicación de fuerza no es una cuestión de obtener algo por nada. El pistón grande se mueve solamente por la acción del líquido desplazado por el pistón pequeño, lo que hace que la distancia que recorre cada pistón sea inversamente proporcional a su superficie. Lo que se gana en fuerza se pierde en distancia o velocidad. 1. Moviendo un pequeño pistón de 10 pulgadas desplazará 10 pulgadas cúbicas de líquido (1 pulg. cuadrada x 10 pulg = 10 pulgadas cúbicas)

P=F1 / A1= 10N / 1cm2=10N / cm2= 10 bar

2. 10 pulgadas cúbicas de líquido moverán sólamente 1 pulgada al pistón grande (10 pulg. cuadradas x 1 pulg. = 10 pul. cúbicas)

10 #

Esta presión aplicada a un área (A2) de

10

pulg.2

10 pulg.

100 cm2, produce una fuerza (F2) de: ---

3. La energía transferida aquí es igual a 10 libras x 10 pulgadas o 100pulg. libras

Fuerza, F1 Fuerza, F2 Area, A 10kg

p=

Area, A 2 1000kg

F A Presión

10 pulg.2

--------

10 pulg.

F2= PXA2 o 10 bar x 100 cm2 o 1000 Newtons.

Area, A

100 #

4. La energía transferida aquí también es 100 pulg. libras (1 pulg x 100 libras = 100pulg. 100 pulg. libras)



Módulo Cinco

UN CIRCUITO HIDRAULICO SIMPLE Los sistemas hidráulicos no son una fuente de potencia. La fuente de potencia es un motor eléctrico u otro tipo de motor que acciona la bomba.

Actuador Hidráulico Carga

En la práctica, la mayoría de los sistemas hidráulicos tienen más refinamientos. Estel diagrama es un sistema típico

Válvula de Control

Una bomba operada continuamente, generalmente por un motor eléctrico, succiona fluido del depósito.

Válvula de Seguridad

Bomba

El fluido es alimentado a un actuador o motor hidráulico a través de una línea de presión, el fluido opera el equipo para el cual está diseñado el sistema hidráulico. En el diagrama el actuador es simplemente un cilindro que contiene un pistón móvil. Una válvula de control dirige el fluido a un lado del pistón hasta que, al final de su carrera, la válvula cambia de posición y dirige el fluido al otro lado del pistón. La velocidad del movimiento del pistón se puede controlar incluyendo un regulador en el circuito para regular la velocidad de flujo al cilindro.

Depósito

El fluido desplazado por el actuador, a

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos medida que el pistón se mueve, es devuelto al depósito. Un sistema de escape esta incluido en el circuito para proteger el sistema. Este opera una válvula que se abre para descargar cualquier presión excesiva que pueda acumularse en el sistema. Esto permite que la bomba se mantenga funcionando cuando el actuador hidráulico no está siendo usado, en vez de apagar y prender el sistema continuamente. Un filtro adecuado es siempre incluido en el circuito hidráulico para remover impurezas sólidas en el fluido.


Módulo Cinco

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos FLUIDOS HIDRAULICOS El componente más importante de cualquier sistema hidráulico es el fluido que contiene. Los primeros equipos hidráulicos utilizaban agua, la cual es aún usada como medio en algunos sistemas muy grandes como esclusas, donde el líquido puede ser desechado una vez usado. Fluidos a base de agua son también usados para operar equipos hidráulicos en lugares como fundiciones y minas de carbón donde existe riesgo de incendio. Sin embargo, la mayoría de los fluidos hidráulicos usados hoy en día están basados en aceites minerales. Los aceites minerales satisfacen el requisito primario de un fluido hidráulico; La habilidad de transmitir presión bajo un rango amplio de temperatura. Además, tienen la gran ventaja que pueden lubricar las partes móviles del circuito hidráulico y protegerlas contra la corrosión. Sin embargo, los aceites minerales puros no pueden llevar a cabo adecuadamente todas las funciones requeridas en un fluido hidráulico. Por lo tanto, la mayoría de éstos contienen aditivos apropiados para reforzar sus propiedades. Las propiedades requeridas en fluidos hidráulicos y la naturaleza de los aditivos que contienen, se discuten con más detalle en la segunda sección de éste módulo.


Módulo Cinco

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos BOMBAS Todo sistema hidráulico incluye una bomba. Su función consiste en transformar la energía mecánica en energía hidráulica, impulsando el fluido hidráulico en el sistema.

Características de las bombas Las bombas se clasifican normalmente por su presión máxima de funcionamiento y por su caudal de salida en litros/minuto ó galones/minuto a una velocidad de rotación determinada.

Valores nominales de la presión El fabricante determina la presión nominal y está basada en una duración razonable en condiciones de funcionamiento determinadas. Es importante anotar que no hay un factor de seguridad normalizado correspondiente a esta estimación. Trabajando a presiones mayores se puede reducir la duración de la bomba, causar daños serios y ocasionar fallas.

Desplazamiento Es el volumen de líquido transferido en una revolución, es igual al volumen de una cámara multiplicada por el número de cámaras que pasan por el orificio de salida durante una revolución de la bomba.


Módulo Cinco El desplazamiento se expresa en centímetros cúbicos por revolución. La mayoría de las bombas tienen un desplazamiento fijo que sólo puede modificarse sustituyendo ciertos componentes. En algunas bombas es posible variar las dimensiones de la cámara de bombeo por medio de controles externos, variando así su desplazamiento. En ciertas bombas de paletas no equilibradas hidráulicamente y en muchas bombas de pistones puede variarse el desplazamiento desde cero hasta un valor máximo teniendo algunas la posibilidad de invertir la dirección del caudal cuando el control pasa por la posición central o neutra.

Caudal Una bomba viene caracterizada por su caudal nominal en galones por minuto; en realidad puede bombear más galones por minuto en ausencia de carga y menos a su presión de funcionamiento nominal. Tres tipos de bombas son los más comúnmente usados; de engranajes, de aspas o paletas y de pistón. Los principios de operación de estos tipos de bombas se explican a continuación. Mas detalles acerca de tipos particulares de bombas se dan en la información suplementaria.



Módulo Cinco

CLASIFICACION DE LAS BOMBAS

Reciprocantes Hidróstaticas o desplazamiento positivo

De diafragma De engranes

Rotativas

Bomba

De pistón

De alabes De tornillo

Cinéticas

Centrífugas

De chorro (eyector reforzador)

De hélice

Transportadoras de gas

Especiales

Ariete hidráulico Electromagnéticas

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Bombas cinéticas o hidrodinámicas Estas bombas, también llamadas de desplazamiento no positivo, se usan principalmente para transferir fluidos donde la única resistencia que se encuentra es la creada por el peso del mismo fluido y el rozamiento. La mayoría de este tipo de bombas funciona mediante la fuerza centrífuga, según la cual el fluido, al entrar por el centro del cuerpo de la bomba, es expulsado hacía el exterior por medio de un impulsor que gira rápidamente. No existe ninguna separación entre el orificio de entrada y de salida, y su capacidad de presión depende de la velocidad de rotación. Se utilizan muy poco en los sistemas hidráulicos actuales. Aunque estas bombas suministran un caudal uniforme y continuo, su desplazamiento disminuye cuando aumenta la resistencia, es posible bloquear el orificio de salida estando la bomba en funcionamiento. Entrada

eje Salida

Propulsor El impulsor da fuerza centrífuga para ocasionar la acción bombeadora


Módulo Cinco Bombas hidrostáticas o de desplazamiento positivo Estas bombas suministran una cantidad determinada de fluido en cada carrera, revolución o ciclo. Su desplazamiento, exceptuando las pérdidas por fugas, es independiente de la presión de salida, lo que las hace muy adecuadas para la transmisión de potencia.

Bombas de engranajes Suministran caudal transportando el fluido entre los dientes de dos engranajes bien acoplados. Son compactas, mecánicamente sencillas, y relativamente baratas. Son adecuadas para sistemas a baja presión que operan a bajas tasas de flujo y son usadas comúnmente en aplicaciones móviles pequeñas como excavadoras. 3. El fluido es forzado hacia a fuera de la bomba a medida que los dientes engranan de nuevo

Descarga

Hojas del impulsor

Salida Difusor Entrada El flujo axial es creado por el propulsor rotatorio Tipo eje (propulsor) Impulsor Tipo centrífuga (impulsor)

Succión 1. El fluido es succionado del depósito

Bomba de Engranajes

2. El fluido es atrapado en los espacios de los dientes y la cubierta y es transportado dentro de la bomba

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos La bomba de engranajes externa está compuesta de un par de engranajes que rotan dentro de una cubierta. Un eje externo mueve un engranaje y este a su vez mueve el otro en dirección opuesta, creando un vacío parcial en la cámara de entrada de la bomba. A medida que estos rotan, el fluido es succionado de un lado, entrando en la cubierta y finalmente descargando en el otro. La bomba de engranajes interna es más compacta que la bomba de engranaje externa. En esta, un eje externo opera un engranaje interno el cual rota dentro de un engranaje externo a él y que lo hace girar en la misma dirección. El fluido que es succionado desde el depósito a medida que los engranajes se desengranan, se lleva a los espacios entre los dientes y es forzado hacia afuera cerca del punto donde los dientes se engranan de nuevo. 3. El fluído es forzado hacia afuera de la bomba a medida que los dientes engranan de nuevo

1. El fluído es succionado del depósito

2. El fluído es atrapado en los espacios de los dientes y la cubierta y es transportado dentro de la bomba


Módulo Cinco Bomba de tornillo Es un modelo mejorado de la bomba de engranaje que puede producir presiones y tasas de flujo más altas. Este tipo de bomba transporta fluidos por medio del movimiento de tres tornillos engranados.

1. Un tornillo interno hace juego con otros dos extrem os a él haciéndolos girar en la dir ección opuesta 2. El fluido es transportado a través de los espacios entre los dientes externos y el interno

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Bomba de paletas Las bombas de aspas o paletas son populares por ser compactas y pueden descargar más altos volúmenes de fluido que las bombas de engranaje. El principio de funcionamiento de la bomba es un rotor ranurado que está acoplado al eje de accionamiento y gira dentro de un anillo ovalado, dentro de las ranuras del rotor están colocadas las paletas, que siguen la superficie interna del anillo cuando el rotor gira. La fuerza centrífuga y la presión aplicada en la parte inferior de las paletas las mantiene apoyadas contra el anillo. Las cámaras de bombeo se forman entre las paletas, rotor, anillo y las dos placas laterales. Un vacío parcial se crea a la entrada de la bomba a medida que va aumentando el espacio comprendido entre el rotor y el anillo. El aceite que entra en este espacio queda encerrado en las cámaras de bombeo y es impulsado hacia la salida cuando éste espacio disminuye. El desplazamiento de la bomba depende de la anchura del anillo, del rotor y de la separación entre los mismos. Existen dos tipos de bombas de paletas: De diseño no equilibrado y de diseño equilibrado.


Módulo Cinco Bomba de paletas de diseño no equilibrado En este tipo de bomba no equilibrado hidráulicamente el eje está sometido a cargas laterales, procedentes de la presión que actúa sobre el rotor. Este tipo de diseño se aplica principalmente a las bombas de caudal variable. El desplazamiento de esta bomba puede variar mediante un control externo, tal como un volante o un compensador hidráulico. El control desplaza el anillo haciendo variar la excentricidad entre éste y el rotor, reduciendo o aumentando así las dimensiones de la cámara de bombeo. 2. Es llevado alrededor del anillo en la cámara bombeadora Rotor Cámara bombeadora

Superficie del anillo de levas Una carga lateral es ejercida en el balero a causa de la presión Excentricidad

Eje

Salida Entrada

1. El aceite entra cuando el espacio entre el anillo y el rotor aumenta

Armadura

Paletas

3. Y es descargado cuando el espacio disminuye

Bomba de paletas de diseño equilibrado



Módulo Cinco

Bomba de paletas de diseño equilibrado

Bomba de pistón en línea

En este diseño el anillo es elíptico en vez de ser circular, lo que le permite utilizar dos conjuntos de orificios internos. Los dos orificios de salida están separados entre sí por 180°, de tal forma que las fuerzas de presión sobre el rotor sé cancelan, evitándose así las cargas laterales sobre el eje y los cojinetes. El desplazamiento de la bomba equilibrada hidráulicamente no puede ajustarse aunque se dispone de anillos intercambiables, con elipses distintas, haciendo así posible modificar una bomba para aumentar o disminuir su caudal.

Las bombas de pistón pueden generar presiones mucho más altas y producir tasas de flujo más elevadas que las bombas de engranaje y de paletas. Se usan comúnmente en aplicaciones móviles grandes y estáticas.

Rotación

Anillo excéntrico

Salida

Entrada

Paleta

Salida Entrada Rotor Eje impulsor

Los orificios de presión opuestos cancelan las cargas laterales en el eje

Rotación

La bomba de pistón en línea es el diseño más simple. En esta bomba un pistón es desplazado hacia arriba y hacia abajo dentro de un cilindro gracias al movimiento de una barra impulsada a su vez por un cigüeñal rotatorio. Durante la carrera hacia abajo del pistón, el fluido es atraído dentro del cilindro a través de una válvula en el punto de entrada. El fluido es expulsado por una válvula de salida cuando el pistón hace su carrera hacia arriba.



Módulo Cinco

Bomba de pistón radial

Bomba de pistón axial

Los pistones se mueven dentro de cilindros dispuestos en estrella alrededor del eje rotatorio. El eje esta instalado hacia un lado dentro de un anillo fijo para que al rotar, los pistones se muevan hacia adentro y hacia afuera de sus cilindros. El fluido es atraído hacia adentro y bombeado hacia afuera de los cilindros a través de canales que atraviesan el centro del eje.

Tiene varios pistones dispuestos alrededor del eje de un bloque de cilindros.

2. A medida que el pistón se mueve hacia abajo en el cilindro, el fluido es succionado Pistón

1. Mientras el eje rota hacia un lado en el anillo los pistones son forzados hacia adentro de sus cilindros

Los pistones etán unidos al plato colocado en ángulo con el bloque para que mientras se mueve el plato, los pistones se muevan hacia adentro y hacia afuera de sus cilindros, succinando y expulsando el fluido.

Entrada del fluido 3. Cuando el pistón sube es forzado hacia el puerto de salida

1. El giro del eje causa la rotación de los pistones

Salida del fluido 3. Cuando el pistón se mueve hacia arriba en el cilindro en el fluido es forzado hacia afuera de la bomba

2. El pistón al bajar succiona el fluido



Módulo Cinco

ACTUADORES HIDRAULICOS El actuador hidráulico es el componente del sistema donde se produce el trabajo mecánico por la acción del fluido hidráulico. Los actuadores se clasifican según el tipo de trabajo que realizan en: Actuadores lineales, también llamados cilindros hidráulicos, que producen el movimiento en línea recta y actuadores rotatorios o motores hidráulicos, que realizan el trabajo en forma rotatoria. La velocidad de desplazamiento del actuador depende de su tamaño y del caudal que se le envía.

Carga

Símbolo

Carga

al tanque

de la bomba

Avance

Regreso

Cilindro tipo buzo

Los Cilindros hidráulicos se clasifican como:

requieren carreras largas como elevadores y gatos para automóviles.

a. De simple o de doble efecto. b. Diferenciales y no diferenciales.

Cilindro con resorte de retorno

Las variaciones incluyen pistón liso y pistón con vástago, siendo este sólido o telescopico. A continuación examinaremos los tipos de actuadores más comunes.

El pistón es movido contra el resorte. Cuando la presión es liberada el resorte regresa el pistón a su posición original.

Cilindro tipo buzo Es tal vez el actuador más sencillo. Tiene una sola cámara donde el flujo ejerce fuerza en una sola dirección. La mayoría de estos cilindros se montan verticalmente y el retorno se efectúa por acción de gravedad. Son adecuados para trabajos donde se

Cilindro con resorte de retorno



Módulo Cinco

Cilindro telescópico

Cilindro estándar de doble efecto

Permite una carrera más larga en el cilindro. Se emplea cuando la longitud comprimida tenga que ser menor que la obtenida con un cilindro estándar. Pueden utilizarce hasta cuatro o cinco camisas. La mayoría de estos cilindros son de simple efecto pero también los hay de doble efecto, es decir que pueden hacer trabajo en las dos direcciones, dependiendo donde está aplicada la fuerza hidráulica.

Llamado así debido a que es accionado por el fluido hidráulico en ambas direcciones, lo que significa que puede ejercer fuerza en cualquiera de los dos sentidos del movimiento. Se clasifica también como cilindro diferencial, por tener áreas desiguales, sometidas a presión durante los movimientos de avance y retorno. Esta diferencia de áreas es debida al área del vástago. En estos cilindros el movimiento de avance es más lento que el de retroceso, pero este puede ejercer una fuerza mayor. Carga

Carga

Carga

De la bomba

Carga

Salida al tanque Salida al tanque

De la bomba

Avance del cilindro

Regreso del cilindro

Cilindro estándar de doble efecto

Avance de la bomba

Regreso Retorno al tanque Cilindro tipo telescópio

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Cilindro sincronizado También llamado de doble vástago, son cilindros de doble efecto pero no diferenciales ya que tienen áreas iguales a ambos lados del pistón, estos cilindros suministran velocidades y fuerzas iguales en ambas direcciones. Se utilizan donde es ventajoso acoplar una carga a cada uno de los extremos del vástago o cuando se requiere que la velocidad en los dos sentidos del movimiento sea igual.

Cilindro sincronizado


Módulo Cinco



Módulo Cinco

MOTORES HIDRAULICOS Es el nombre que se da generalmente a los actuadores hidráulicos rotatorios. Su construcción es muy parecida a la de las bombas. En vez de impulsar el fluido como hacen aquellas, son impulsados por éste y desarrollan un par (fuerza de giro) y un movimiento continuo de rotación. Existen diferentes tipos de ejemplo motores hidráulicos: de engranajes, de paletas, de pistón en línea, de pistón en ángulo etc.

3. La unión universal mantiene la alineación para que el eje y la sección del cilindro siempre giren juntos

4. El aceite es llevado en el diámetro del pistón a la salida y es forzado hacia afuera cuando el pistón es regresado hacia adentro por la brida de la flecha

A la entrada

2. El empuje del pistón contra la brida de la flecha motriz da como resultado un torque en el eje Block de cilindros

A la salida

1. El aceite a la presión requerida en la entrada causa un empuje en los pistones

5. Por lo tanto el desplazamiento del pistón y la capacidad de torsión dependen del ángulo

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos VALVULAS Válvulas de control


Módulo Cinco presión hidráulica y otros incluyendo combinaciones de éstos.

Las válvulas son usadas en circuitos

Número de vías. Dos vías, tres vías. Cuatro vías, etc.

hidráulicos para controlar la presión de operación (la que determina la carga que puede ser movida), el volumen de flujo

Tamaño nominal de las tuberías conectadas a la válvula o a su placa base, o caudal nominal.

(el que determina la velocidad de

Conexiones. Roscas cónicas, roscas cilíndricas, bridas y placas bases.

desplazamiento de la carga) y la dirección del flujo (que determina la dirección del movimiento).

Válvulas de posición definida

Válvulas direccionales

La mayoría de las válvulas direccionales industriales son de posición definida.

Las válvulas direccionales, como su nombre lo indica, se usan para controlar la dirección del caudal. Aunque todas realizan esta función, las válvulas direccionales varían considerablemente en construcción y funcionamiento. Se clasifican, según sus características principales en:

Tipo de elemento interno. Obturador (pistón o esfera), corredera rotativa o deslizante. Métodos de actuación. Levas, émbolos, palancas manuales, mecánicos, selenoides eléctricos,

Es decir que controlan el paso del caudal abriendo o cerrando pasajes en posiciones definidas de la válvula



Módulo Cinco

Válvulas antirretorno

Válvulas antirretorno en línea

Estas válvulas pueden funcionar como control direccional o como control de presión. En su forma mas simple esta válvula no es más que una válvula direccional de una sola vía. Permite el paso libre del aceite en una dirección y lo bloquea en el otro.

Llamadas así porque el aceite fluye a través de las mismas en línea recta. El cuerpo de esta válvula sé rosca directamente a la tubería y está mecanizado para formar un asiento para un pistón cónico o una bola. Un muelle ligero mantiene el pistón en su asiento permitiendo el montaje de la válvula en cualquier posición. En la posición de paso libre el muelle cede y la válvula se abre a una presión determinada.

Balín (o pistón)

Asiento

Entrada Es permitido flujo libre cuando se desasienta el balín

Aunque admiten presiones de hasta 210 kg/cm2. estas válvulas no son recomendables para aplicaciones en que puedan verse sometidas a caudales de retorno de gran velocidad. Pistón o cabeza móvil

Resorte

Flujo obstruido cuando se asienta la válvula Válvulas antirretorno

Cuerpo

No Flujo

Entrada

Salida

Flujo libre Válvulas antirretorno en línea

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Válvulas antirretorno en ángulo recto Debe su nombre a que el aceite fluye a través de ella formando un ángulo recto. Su capacidad de caudal está comprendido entre 12 y 1200 lts./min. con una amplia gama de presiones de abertura.


Módulo Cinco



Módulo Cinco

Válvulas de 2 y 4 vías Su función básica es dirigir el caudal de entrada a cualquiera de los dos orificios de salida. Según la figura el caudal del orificio P (bomba) puede ser dirigido a cualquiera de los dos orificios de salida A y B. En la válvula de 4 vías el orificio alterno está comunicado a tanque permitiendo el retorno del caudal al depósito. Mientras que en la de 2 vías este orificio está bloqueado y el orificio a tanque sirve solamente como drenaje de las fugas internas de la válvula. La mayoría de estas válvulas son del tipo de corredera deslizante, aunque existen válvulas rotativas que se usan principalmente para pilotajes. Se fabrican en modelos de dos o tres posiciones. La de tres posiciones tiene una posición central o neutra. Los métodos de accionamiento incluyen palancas manuales, levas, selenoides, conexiones mecánicas, muelles, presión piloto y otros sistemas.

Tanque orificio “P” Bomba orificio ‘‘P”

Cilindro orificio ‘‘A”

Cilindro orificio ‘‘B” Símbolos gráficos

Válvulas de dos vías

A B

A P

B

P

P T

Dos rutas de flujo

Válvulas de cuatro vías

A

A B

B

P

A P

P B Cuatro rutas de flujo

T

Direcciones del fluído en válvulas de 2 y 4 vías

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Servoválvulas Una servoválvula es una válvula direccional de infinitas posiciones, que ofrece la característica adicional de controlar tanto la cantidad como la dirección del caudal. Cuando se instala con los dispositivos de realimentación adecuados, consigue controles muy precisos de la posición, velocidad y aceleración de un actuador. La servoválvula mecánica o válvula seguidora ha sido utilizada durante varias décadas. La servoválvula electrohidráulica es más reciente en la industria.

Servomecánico Un servo mecánico es esencialmente un amplificador de fuerza. Utilizado para controlar una posición. La figura muestra esquemáticamente el dispositivo. La palanca de control u otro acoplamiento mecánico se conecta a la corredera de la válvula. El cuerpo de la válvula está unido a la carga y se mueven conjuntamente. Cuando se actúa la corredera, el fluido se dirige al cilindro o pistón para mover la carga en la misma dirección en que la corredera es actuada. El cuerpo de la válvula “sigue“ así a la corredera. El fluido continúa pasando hasta que el cuerpo se centra con la corredera. El resultado es que la carga siempre se mueve a una distancia proporcional al movimiento de la corredera.


Módulo Cinco Cualquier tendencia a desplazarse más allá invertiría el caudal de aceite para situar la carga en su posición normal. Frecuentemente esta unidad servomecánica se denomina multiplicador; el impulso hidráulico suministra fuerzas mucho mayores que la actuación mecánica a la entrada, y con control preciso, del desplazamiento. Tal vez la aplicación más frecuente del servo mecánico es la dirección hidráulica; de la cual hay muchas variaciones en su diseño pero todos funcionan con el mismo principio.

1. Cuando el carrete es cambiado a la izquierda

De la bomba

Control Carrete

Al tanque Carga

2. El flujo es dirigido al vástago del cilindro para regresarlo

Cuerpo

Servo mecánico

3. El cuerpo de la válvula se mueve con la carga y “alcanza” al carrete. El flujo al cilindro entonces se detiene



Módulo Cinco

Servoválvulas electrohidráulicas Funcionan esencialmente, enviando una señal eléctrica a un motor par o a un dispositivo similar, que directa o indirectamente posiciona la corredera de la válvula.

Esta señal, una vez aplicada a la servoválvula a través de un amplificador, ordena a la carga a que se desplace hasta una posición determinada o que adquiera una velocidad determinada.

El motor de torsión y la válvula servo están en una sola unidad Fuente de la señal de control

Eléctrica

Intensificador de señales del amplificador

Motor de Eléctrica torsión actúa a la válvula

La válvula servo manda fluido al actuador

El actuador se mueve a Hidráulico velocidad controlada a la posición controlada

Mecánica

Carga

Mecánica o hidráulica

Eléctrica

El aparato realimentador le indica a la válvula servo si ya alcanzó la velocidad o posición deseadas

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Válvulas de control de presión Estas válvulas realizan funciones tales como limitar la presión máxima de un sistema o regular la presión reducida en ciertas partes de un circuito y otras actividades que implican cambios en la presión de trabajo. Su funcionamiento se basa en un equilibrio entre la presión y la fuerza de un muelle. La mayoría son de infinitas posiciones, es decir, que las válvulas pueden ocupar diferentes posiciones entre completamente abierta y completamente cerrada, según el caudal y la diferencia de presiones. Los controles de presión se denominan generalmente según su función primaria, ejemplo: Válvula de seguridad, válvula de frenado, etc.

Válvula de seguridad Se encuentra prácticamente en todos los sistemas hidráulicos. Es una válvula normalmente conectada entre la línea de presión (salida de la bomba) y el depósito. Su función es limitar la presión del sistema hasta un valor máximo, predeterminado, mediante la derivación de parte o de todo el caudal de la bomba a tanque, cuando se alcanza el ajuste de presión de la válvula.

Válvulas de control de caudal Se utilizan para regular la velocidad. La velocidad de un actuador depende de la cantidad de aceite que se le envía por unidad de tiempo. Es posible


Módulo Cinco regular el caudal con una bomba de desplazamiento variable, pero en muchos circuitos es más práctico utilizar una bomba de desplazamiento fijo y regular el caudal con una válvula controladora de caudal. Existen tres métodos básicos para aplicar las válvulas reguladoras de caudal para controlar la velocidad de los actuadores. Regulación a la entrada, regulación a la salida y regulación por substracción. 1. Circuito de regulación a la entrada: En este circuito, la válvula reguladora de caudal se coloca entre la bomba y el actuador; de esta forma controla la cantidad de fluido que entra en el actuador. El exceso de caudal suministrado por la bomba es desviado al tanque por la válvula de seguridad. Este método es muy preciso y se utiliza en aquellas aplicaciones donde la carga siempre se opone al movimiento del actuador, como la elevación de un cilindro vertical con carga, o empujando una carga a una velocidad controlada. Válvula de control de flujo

De la válvula direccional

Retorno

Flujo controlado

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos 2. Circuito de regulación a la salida: Este sistema de control se utiliza cuando la carga tiende a huir del actuador, desplazándose en la misma dirección de éste. El regulador de caudal se instala de forma que restrinja el caudal dé salida del actuador. Para regular la velocidad en ambas direcciones puede instalarse la válvula en la línea de tanque de la válvula direccional. Frecuentemente hay necesidad de controlar el caudal únicamente en una sola dirección y la válvula se sitúa entre el actuador y la válvula direccional en la línea que corresponde al tanque. Aquí también hace falta una válvula antirretorno que permita el paso libre del caudal en sentido contrario. Válvula de control de flujo Flujo controlado De la válvula direccional


Módulo Cinco 3. Circuito de regulación por substracción: En esta aplicación, la válvula se coloca en la línea de presión, en la forma indicada en la figura, y a la velocidad del actuador se determina, desviando parte del caudal de la bomba al tanque, la ventaja consiste en que la bomba trabaja a la presión que pide la carga, puesto que el exceso de caudal retorna al tanque a través de la válvula reguladora y no a través de la válvula de seguridad. La desventaja está en la pérdida de precisión, debido a que el caudal regulado va al tanque y no al actuador, y éste último queda sometido a las variaciones de desplazamiento de la bomba al variar la carga del actuador. Este circuito no debe aplicarse cuando hay posibilidad de que la carga tienda a huir en la misma dirección que el movimiento del actuador.

Retorno

De la válvula direccional

Válvula de control de flujo

Flujo controlado Depósito

Retorno

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos DEPOSITOS El depósito es otro componente importante del sistema hidráulico. Un depósito diseñado apropiadamente debe ser sellado para prevenir la contaminación del fluido, pero al mismo tiempo debe tener una ventilación con un filtro incorporado para permitir la entrada y salida de aire a medida que el nivel de fluido va cambiando. Una superficie con pendiente facilita el drenaje del agua y sedimentos separados. La espuma se minimiza teniendo un tubo de retorno, con su salida debajo del nivel del fluido dentro del depósito, a medida que placas deflectoras y filtros finos previenen la entrada de burbujas de aire.

Tubería de retorno

Tubería de llenado Baffle

Venteo Tamiz

Válvula de drenaje

Filtro A la bomba


Módulo Cinco Placa deflectora: Se usa para separar la línea de entrada de la bomba de la línea de retorno, de forma que el mismo fluido no pueda recircular continuamente, sino que realice un circuito determinado por él tanque. Tamaño del depósito: La dilatación del fluido debida al calor, las variaciones de nivel debidas al funcionamiento del sistema, la superficie interna del tanque expuesta a la condensación del vapor de agua, y la cantidad de calor generada en el sistema, son factores que hay que tener en consideración. En los equipos industriales se acostumbra a emplear un depósito cuya capacidad sea por lo menos dos o tres veces la capacidad de la bomba en litros por minuto. Un gran volumen de fluido también permite que cualquier volumen de aire en éste sea evacuado a tiempo, y que agua y/o contaminantes sólidos se sedimenten antes que el fluido vuelva a circular. Filtros y coladores: Los fluidos hidráulicos se mantienen limpios en el sistema debido, principalmente, a elementos tales como filtros y coladores. En algunos casos se utilizan también filtros magnéticos para capturar las partículas de hierro o acero que lleva el fluido. Estudios recientes han mostrado que incluso partículas tan pequeñas como 1.5 micras tienen efectos degradantes, originando fallos en los servosistemas y acelerando el desgaste del aceite en muchos casos.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Tamaño de las mallas y filtración nominal: Una malla filtrante o un colador tienen un valor nominal que caracteriza su finura, definida por un número de mallas o su equivalente más próximo ASTM. Cuanto más elevado es el número de malla o ASTM, más fina es la malla. Tamaño de relativo de las partículas en micrones Amplificado 500 veces

2 Micrones

194 Micrones - 100 Malla

8 Micrones

74 Micrones 44 Micrones 325 Malla 200 Malla

5 Micrones

25 Micrones

Tamaño Relativo Límite inferior de visibilidad (con la vista)__________________ 40 Micrones Glóbulos de sangre blancos _____________________________ 25 Micrones Glóbulos rojos de sangre _______________________________ 8 Micrones Bacterias (COCCI) ______________________________________ 2 Micrones

Equivalentes lineales 1 Pulgada 1 Milímetro 1 Micrón 1 Micrón

25.4 Milímetros .0394 Pulgadas 25.400 de una pulgada 3.94 x 10 -5

25.400 Micrones 1.000 Micrones .001 Milímetros .000039 Pulgadas

Tamaño de la malla Mallas por pulgada lineal

U.S. Malla No.

52.36 72.45 101.01 142.86 200.00 270.26 323.00

50 70 100 140 200 270 325

Abertura en Pulgadas .0117 .0083 .0059 .0041 .0029 .0021 .0017 .00039 .000019

Abertura en Micrones 297 210 149 105 74 53 44 10 .5


Módulo Cinco Los filtros, que pueden fabricarse con muchos materiales diferentes de la malla metálica, se caracterizan por su valor en micras. Una micra es una millonésima de metro. Como comparación, un grano de sal tiene un tamaño de aproximadamente 70 micras. La partícula más pequeña que puede distinguir la vista humana es de unas 40 micras. Filtración nominal y absoluta: Cuando se especifica un filtro de cierto número de micras se refiere generalmente al valor nominal del filtro. Un filtro cuyo valor nominal es de 10 micras, por ejemplo, capturará la mayoría de las partículas que tengan 10 micras o más. Sin embargo, su filtración absoluta será algo mayor, probablemente de unas 25 micras. La filtración absoluta es el tamaño de la mayor abertura o poro del filtro. El valor absoluto es un factor importante solamente cuando es necesario que ninguna partícula mayor a un tamaño determinado circule por el sistema. Filtros de presión: Existen filtros diseñados para ser instalados en la línea de presión que pueden captar partículas mucho más pequeñas que los filtros de aspiración. Un filtro de este tipo puede ser instalado en los sistemas cuyos elementos tales como válvulas, sean menos tolerantes a la suciedad que las bombas. De esta forma el filtro extrae la contaminación fina del fluido a medida que sale de la bomba. Naturalmente, estos filtros deben poder resistir la presión de trabajo del sistema.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Para profundizar en el tema puede ver las secciones "Niveles de limpieza de fluidos hidráulicos y sistemas de lubricación" y "Generalidades de la ingeniería de filtración".


Módulo Cinco

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos VENTAJAS DE LOS SISTEMAS HIDRAULICOS La hidráulica es una de las formas más importantes de transmitir y controlar la potencia, muy comparables con sistemas mecánicos y eléctricos. Tiene además las siguientes ventajas:

Flexibilidad Los sistemas hidráulicos pueden generar grandes fuerzas con equipos relativamente compactos. Pueden ser usados para generar movimiento rotatorio y lineal, y la velocidad de movimiento puede ser regulada. En particular, los mecanismos hidráulicos se pueden usar para controlar movimientos lentos y precisos con una exactitud difícil de lograr con otros métodos mecánicos.

Economía La fabricación de sistemas hidráulicos son muchas veces más barata que la de los sistemas eléctricos, electrónicos o neumáticos que logran el mismo resultado.


Módulo Cinco Confiabilidad La mayoría de los equipos hidráulicos están diseñados de manera muy sencilla y robusta. Además son seguros en la operación ya que solo se necesitan válvulas reguladoras de presión simples para proteger el sistema de sobrecarga. Las ventajas de los sistemas hidráulicos significa que tienen una gran variedad de aplicaciones. Por una parte, pueden mover cargas masivas tales como esclusas, represas y puentes giratorios y controlar maquinaria industrial pesada, incluyendo presas, grúas y equipos de minas y exploración de petróleos. Por otra parte, los sistemas son suficientemente compactos como para ser utilizados en vehículos de carretera, aviones y hasta satélites y se pueden controlar con tal precisión que se pueden acomodar a la operación de robots en la manufactura y a plantas de control de procesos sofisticados.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos RESUMEN DE LA SECCION UNO Válvulas de control de caudal La hidráulica es el uso de líquidos para la transmisión de energía. Básicamente, en un sistema hidráulico se aplica una presión a un fluido, la cual es transmitida a través del fluido para hacer trabajos mecánicos. El sistema es capaz de amplificar una pequeña fuerza a una mayor. Sistemas hidráulicos prácticos incorporan aparatos para controlar la velocidad y la dirección de movimiento y la fuerza transmitida. Los componentes más importantes de un sistema hidráulico típico son el fluido,la bomba, el motor, válvulas, filtros y el depósito. Los fluidos usados en sistemas hidráulicos deben ser capaces de transmitir presión en un amplio espectro de temperaturas. Aceites minerales suelen ser utilizados con este propósito ya que también pueden lubricar el equipo hidráulico y protegerlo contra la corrosión. Bombas de engranaje, de aspas o de pistones pueden ser usadas para presurizar el fluido en un sistema hidráulico.


Módulo Cinco Motores hidráulicos o impulsores, convierten la energía de presión entrabajo mecánico. Impulsores lineales producen un movimiento en línea recta en una o dos direcciones. El movimiento rotatorio se puede producir con motores parecidos a bombas pero que tienen la acción opuesta. Los circuitos hidráulicos contienen válvulas para regular la presión de operación, el volumen de flujo y la dirección de flujo. Esto permite el control de la cantidad de carga, su velocidad y la dirección del movimiento. El depósito es un componente importante de un sistema hidráulico ya que no solamente almacena el fluido hidráulico sino que también, si es diseñado correctamente, ayuda a mantener el sistema libre de contaminación. Ya que los sistemas hidráulicos son flexibles, económicos y confiables, son ampliamente usados para la transmisión y control de fuerzas de potencia.


Sección dos FLUIDOS HIDRAULICOS El principal requisito que un fluido hidráulico debe cumplir, es que pueda transmitir la fuerza eficientemente, también tiene que llevar a cabo un número de diferentes funciones. En esta sección revisaremos estas funciones y de acuerdo con ellas, veremos que propiedades se requieren en un fluido hidráulico. Una vez estudiada la información de esta sección, Usted podrá: Enumerar seis funciones que un fluido hidráulico debe cumplir. Explicar porqué un fluido hidráulico debe tener baja compresibilidad. Describir como afectan a los sistemas hidráulicos el aire atrapado y la formación de espuma. Exponer la importancia de las siguientes propiedades de los fluidos hidráulicos: Viscosidad, índice de viscosidad, propiedades antidesgaste, características de fricción, demulsibilidad, estabilidad térmica, resistencia a la oxidación, propiedades anticorrosivas, filtrabilidad y pureza, propiedades anti stick-slip.


Módulo Cinco Especificar los factores más importantes que afectan la selección de un fluido hidráulico. Si estudia la información adicional, Usted podrá: Definir el módulo de compresibilidad y describir como este factor depende de la presión y la temperatura. Explicar el problema de la cavitación y los problemas que puede causar en un sistema hidráulico. Describir como varía la viscosidad de acuerdo a la presión e indicar el efecto de esta variación en los fluidos hidráulicos. Reconocer los esquemas de clasificación de aceites hidráulicos y fluidos hidráulicos resistentes al fuego.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos FUNCIONES DE LOS FLUIDOS HIDRAULICOS Un fluido hidráulico debe llevar a cabo las siguientes funciones:

Transmisión de potencia Esta es la función principal de un fluido hidráulico. La transmisión de fuerza hidráulica requiere de un fluido que resista la compresión y que fluya fácilmente en el circuito hidráulico.

Lubricación La maquinaria usada en los sistemas hidráulicos generalmente es de alta presión. Todas sus partes móviles deben estar perfectamente lubricadas para minimizar la fricción y el desgaste. Entonces, el fluido hidráulico utilizado debe cumplir con esta función, además de la transmisión de la potencia.

Enfriamiento El fluido utilizado debe poder disipar el calor generado en el sistema hidráulico.

Protección El sistema debe protegerse contra la corrosión.


Módulo Cinco Sellamiento El fluido debe ser suficientemente viscoso para permitir un buen sellamiento entre las partes móviles en las bombas, las válvulas y los motores. De esta manera, se reducen a un mínimo las fugas, manteniendo cada parte, operando eficientemente. Además, el fluido debe ser compatible con los materiales de sellamiento usados para el sistema.

Filtrabilidad El fluido debe presentar estabilidad bajo condiciones de calor y oxidación, al mismo tiempo que debe resistir a la degradación sin formación de depósitos y precipitados. La filtrabilidad del fluido debe poder hacerse fácilmente para remover cualquier impureza sólida. Los aceites minerales cumplen con todos estos requisitos. Su estabilidad, sus propiedades de lubricación y su habilidad para proteger los materiales de la corrosión, hacen de ellos la mejor alternativa como fluidos hidráulicos.


Para cumplir sus funciones apropiadamente, un fluido hidráulico debe tener las siguientes características:

Compresibilidad La compresibilidad de un fluido es la medida de reducción de su volumen cuando se aplica presión sobre éste. Un fluido hidráulico debe tener una compresibilidad baja de tal manera que haga presión, y por tanto la fuerza, sea transmitida instantánea y eficientemente. En un sistema compresible o elástico, son mayores la cantidad de tiempo y energía utilizados en aumentar la presión. Además, se hace también más lenta la subsecuente conversión presión en energía mecánica. Esto a su vez afecta la precisión en el movimiento y el grado de control del sistema hidráulico. Los aceites minerales puros son prácticamente incompresibles a las presiones generadas en sistemas hidráulicos típicos. (el agua es aún menos comprimible que los aceites minerales pero, por otras razones, no es un fluido hidráulico ideal). Para describir la compresibilidad de un fluido, los ingenieros usan un factor conocido como el módulo de compresibilidad. Este factor es la relación entre la presión aplicada a un fluido y el cambio en volumen producido. En general, es aproximadamente constante para

Módulo Cinco pequeños cambios de presión pero tiende a aumentar con grandes cambios de presión y temperatura. Esto refleja el hecho que un fluido sea más difícil de comprimir a medida que la presión y la temperatura aumentan. temperatura. Esto refleja el hecho que un fluido sea mas difícil de comprimir a medida que la presión y la temperatura aumentan. Un buen fluido hidráulico presenta un alto módulo de compresibilidad.

Disminución Relativa Relativa del del Volumen Volumen Disminución

PROPIEDADES REQUERIDAS POR LOS FLUIDOS HIDRAULICOS


0° 0° C C 100° 100° C C

Presión

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Propiedades antiespuma y de liberación de aire Un aceite mineral puede comprimirse más a medida que burbujas de aire quedan atrapadas en él, debido a posibles fugas en el sistema hidráulico. El aire atrapado afecta el volumen del fluido, causando movimiento lento e irregular. Esto a su vez puede causar }sobrecalentamiento por la compresión de las burbujas de aire, debido a que estas sufren un calentamiento exponencial ocasionado por el proceso de compresión adiabatica parcial que sufren. Adicionalmente, cuando un fluido hidráulico con aire atrapado es devuelto al depósito, las burbujas de aire que suben a la superficie y tienden a producir espuma. Esta formación puede empeorar con la contaminación del fluido. Aunque la formación de espuma afecta la superficie del fluido y no su masa, todavía puede tener graves consecuencias. Si la espuma entra al circuito hidráulico. La eficiencia del sistema se verá seriamente afectada pues la espuma es ineficiente como fluido hidráulico.


Módulo Cinco de liberación de aire. Los aceites minerales altamente refinados de baja viscosidad, generalmente tienen estas propiedades. Cuando es necesario, se pueden usar aditivos antiespuma para prevenir este problema. Sin embargo, dado que estos aditivos pueden también retardar el escape de aire, es necesario escoger el tipo y cantidad de aditivo apropiados para poder establecer un equilibrio entre estos dos requisitos. El aire atrapado es también una posible causa de la cavitación, un fenómeno que ocurre cuando se forman pequeños espacios de aire o vapor en el fluido hidráulico. La cavitación puede causar la destrucción de capas lubricantes y por consiguiente, desgaste excesivo. Es posible que este fenómeno se presente en los sitios de succión de las bombas, donde las bajas presiones pueden permitir la formación de aire o vapor en el fluido. Por tanto, el fluido es incapaz de llenar este espacio.

No solo se verán afectados los componentes del sistema dada la baja capacidad de lubricación de la espuma, sino que la formación excesiva de espuma puede causar escapes de fluido hidráulico a través de los ventiladores del depósito. Para solucionar estos problemas, un fluido hidráulico debe tener buenas propiedades antiespuma y

Desgaste excesivo del aspa de una bomba de paletas , como consecuencia de la cavitación



Módulo Cinco

Viscosidad

Al mismo tiempo, la viscosidad no puede ser tan alta al punto que la fricción del fluido impida que el aceite circule libremente al rededor del circuito. Además, los aceites espesos no son disipadores de calor tan efectivos como los aceites más ligeros. En la práctica, los aceites con la menor viscosidad que lubrican la bomba son los escogidos como los fluidos hidráulicos. En general, la menor viscosidad tolerada por bombas hidráulicas es de aproximadamente 10 cSt. a su temperatura de operación. La viscosidad óptima generalmente aceptada está entre los 16 y 36 cSt, a la temperatura de operación. Los requisitos de viscosidad de un fluido hidráulico se complican ya que la viscosidad cambia con la presión y la temperatura. Un incremento en la presión causa un aumento en la viscosidad. Sin embargo, a las bajas presiones utilizadas en la mayoría de los sistemas hidráulicos industriales, el efecto de la presión sobre la viscosidad no tiene mucha importancia. En algunos equipos especializados, como los usados en compactación y extrusión, se pueden generar presiones tan altas que aceites minerales no pueden ser usados.

240 220 200

Viscosidad Dinámica cP

La propiedad más importante de un fluido hidráulico, en cuanto a la lubricación del sistema, es su viscosidad. El aceite debe ser suficientemente viscoso para lubricar las partes del sistema eficientemente. En particular la bomba. También debe ser suficientemente espeso para mantener un sello efectivo y disminuir escapes en las bombas, las válvulas y los motores.

180 160

40°C

140 120 100 80

60°C

60 40 100°C

20 0

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Presión Pascal x 105

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Indice de viscosidad El índice de viscosidad (VI) de un aceite es una medida del cambio de viscosidad con la temperatura. Un aceite con alto índice de viscosidad muestra menos variación en la viscosidad con la temperatura que un aceite con un bajo índice de viscosidad. El índice de viscosidad de un aceite hidráulico debe ser suficientemente alto como para asegurar que este funcione efectivamente en todo el rango de temperaturas de operación del sistema. El aceite debe permanecer suficientemente viscoso para que actúe como un buen lubricante a las temperaturas de operación más altas, pero no debe volverse tan espeso a bajas temperaturas que dificulte el flujo y el arranque del sistema. La mayoría de los fluidos hidráulicos tienen un índice de viscosidad cercano a 100 pero, donde se encuentran temperaturas de operación de un rango muy amplio, por ejemplo en el sistema hidráulico de aviación se debe utilizar un aceite con un índice de viscosidad de 150 o más.

Propiedades antidesgaste La mayor parte de los aceites hidráulicos contienen en su formulación aditivos antidesgaste para mejorar su capacidad de carga. Esto tiene su mayor utilidad en la reducción del desgaste en bombas de aspas donde las puntas de las aspas se deslizan contra la cubierta a altas velocidades y bajo cargas pesadas, creando altas temperaturas.


Módulo Cinco Los aditivos antidesgaste también reducen el desgaste y aumentan la vida útil de bombas de engranaje y de pistón. Los aditivos antidesgaste funcionan gracias a que, a las altas temperaturas generadas por la fricción, estos reaccionan con el metal para formar una capa química. Esta capa puede romperse fácilmente lo cual disminuye la fricción y el desgaste.

Características anti stick-slip En algunos equipos hidráulicos puede existir la tendencia a un movimiento de vibración. Este movimiento de atascamiento puede ocurrir con mayor frecuencia con impulsores lineales operando a baja velocidad y con mucha carga. Los pistones del impulsor tienden a pegarse a medida que la fricción estática se incrementa a un máximo y luego se desliza cuando está se supera. El atascamiento puede causar problemas cuando los movimientos suaves son muy importantes, por

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos ejemplo en simuladores de vuelo y en algunas herramientas eléctricas. Los aditivos que modifican la fricción pueden añadirse a los aceites hidráulicos para mejorar sus características de fricción y para ayudar a prevenir que ocurra el atascamiento. Tales aditivos también pueden ayudar a la lubricación de sellos eficientes.

Demulsibilidad Los aceites hidráulicos están frecuentemente contaminados con agua que tiende a entrar al sistema a través del depósito en forma de condensación. El agua puede promover la corrosión de las bombas, las válvulas y los puntos de apoyo, y puede afectar significativamente las propiedades de lubricación del aceite. A las temperaturas de operación de muchos sistemas, alrededor de 60°C o menos, el agua no se evapora del aceite, Entonces, un aceite hidráulico debe tener la capacidad de desprenderse del agua rápidamente, es decir, que debe tener una buena demulsibilidad. Aceites minerales con un desempeño “premium” tienden a separarse del agua rápidamente pero esta buena demulsibilidad es afectada negativamente por la presencia de oxido, polvo y productos de la degradación del aceite. Ciertos aditivos como los dispersantes y los detergentes también pueden reducir la demulsibilidad y por tanto estos no deben ser usados en aceites hidráulicos en los que se requiere una buena


Módulo Cinco separación del agua.

Estabilidad térmica Muchos de los sistemas hidráulicos modernos están diseñados para trabajar a altas temperaturas. Los fluidos utilizados en tales sistemas deben ser suficientemente estables como para resistirse a la degradación, a la formación de sedimentos y a la corrosión de metales férricos y no férricos a estas altas temperaturas.

Resistencia a la oxidación La vida útil de un aceite hidráulico depende enteramente de su habilidad para resistir la oxidación. La oxidación causa él oscurecimiento y el espesamiento de los aceites minerales. Se pueden formar sedimentos que bloquean las válvulas y los filtros, mientras que los productos de desechos ácidos incrementan la corrosión y la formación de barniz. Las temperaturas y presiones altas encontradas en muchos sistemas hidráulicos, incrementan la degradación del fluido. Entonces, los aceites usados en tales sistemas, incluyen normalmente aditivos antioxidantes para prevenir la oxidación y prolongar la vida útil.

Propiedades anticorrosión Los aceites hidráulicos de alto desempeño deberán contener anticorrosivos para combatir la corrosión causada por los efectos de contaminación por agua y de productos de la degradación del aceite.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Filtrabilidad Una causa principal del fracaso del sistema hidráulico es la contaminación del fluido hidráulico. Entonces se incorporan filtros al circuito del sistema para sacar los contaminantes sólidos. Es importante que el fluido pueda pasar fácilmente por estos filtros sin bloquearlos.

Limpieza La fiabilidad y vida útil de los componentes de circuitos hidráulicos están muy influidas por la limpieza del fluido hidráulico. Esto se aplica sobre todo a sistemas que operan a presiones muy altas y en los que se incorporan componentes con una tolerancia muy estrecha.

Fuentes principales de contaminación: Primero Ensamblar un sistema hidráulico produce inevitablemente una gran cantidad de desechos, tal como pedazos de metal, fibras, textiles, hojuelas de pintura y hojuelas de los tubos, para evitar la inyección de tales desechos al sistema, este debe ser cuidadosamente examinado y limpiado con un chorro de fluido filtrado antes de operarlo por primera vez.


Módulo Cinco Segundo El desgaste normal de los componentes produce contaminación por partículas durante y después de su operación. Es importante notar que si la limpieza inicial es pobre, el desgaste se acelerará y más partículas contaminantes se acumularan rápidamente. Tercero Cantidades considerables de contaminación pueden ser introducidas al sistema mientras se llena. Aunque el nuevo aceite está relativamente limpio, generalmente la única forma práctica para asegurar la limpieza en sistemas sensibles es la de pasar el nuevo aceite a través de un filtro apropiado antes de que este entre al depósito. De esta manera, el filtro mantiene o mejora la limpieza del aceite.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos SELECCION DEL FLUIDO HIDRAULICO Los factores principales que determinan la escogencia de un fluido hidráulico para un sistema particular son: La naturaleza del equipo, el ambiente en el cual se va a usar, y los requisitos de salud y seguridad.

Equipo Los fabricantes recomiendan para el uso de su equipo, aceites de viscosidad especifica determinada de acuerdo al sistema de bombas y válvulas construidas para tolerancias muy finas. Un aceite muy ligero puede causar escapes y lubricación inadecuada, mientras que uno muy espeso puede causar fricción excesiva y dañar la bomba. Los otros componentes del sistema hidráulico no afectan tanto la escogencia de viscosidad del aceite. La mayoría de los sistemas hidráulicos industriales que operan a temperaturas normales tienen bombas que requieren aceites con un grado de viscosidad entre 5 y 100 ISO, aunque los grados más comúnmente usados están entre 32 y 46. Las bombas de pistón generalmente requieren un aceite más viscoso que las bombas rotatorias, y las bombas de engranaje requieren un aceite aun mas espeso, particularmente a altas temperaturas.

Ambiente La maquinaria hidráulica que debe operar en un amplio rango de temperatura requiere aceites en un alto índice de viscosidad. Además, si la


Módulo Cinco maquinaria está expuesta a bajas temperaturas, por ejemplo, un montacargas trabajando en frío, el aceite debe tener buenas propiedades a baja temperatura incluyendo su viscosidad y punto de flujo bajo. En algunas ocasiones, el equipo hidráulico debe operar en medio ambientes sensibles como ríos, lagos, bosques o áreas de recreación. En estos casos, debe asegurarse que no habrá ningún escape o derramamiento del fluido hidráulico que pueda causar daño a plantas o animales en contacto con él. El riesgo de un daño ecológico es mayor si el fluido no es rápidamente biodegradado, esto es, si no es degradado fácil y rápidamente por los organismos vivos en el medio natural. Aquellos materiales no biodegradables persisten en el suelo y el agua por largos períodos y pueden causar daños a largo plazo. La maquinaria hidráulica que opera en estos ambientes debería, en lo posible, utilizar fluidos hidráulicos como Shell Naturelle HF. Este fluido está basado en aceites vegetales naturales con buenas propiedades de lubricación y que contienen aditivos para aumentar su estabilidad ante la oxidación y mejorar sus propiedades antidesgaste y anticorrosivas. Como el aceite esta basado en productos vegetales, puede ser degradado extensivamente por los microorganismos del suelo y del agua para formar productos finales no dañinos. Se debe procurar evitar el derrame del líquido al drenar y llenar el sistema hidráulico, pero si algún derrame ocurre, el impacto ambiental será menor.



Módulo Cinco

Una carta de selección de viscosidad para fluidos hidráulicos. La carta mostrada provee una guía para la selección de un aceite del grado apropiado tomando en cuenta la viscosidad y la temperatura de operación.

Viscosidad Dinámica cSt.

ISO 22 3.0

ISO 32

ISO 10 ISO 5

20 50

Rango óptimo de viscosidad

100

ISO 100

1000

Límite de viscosidad deseado

ISO 46 ISO 68

200,00 -20

-10

0

10 20

30

40

50

Temperatura °C

60

70

80

90 100 110

120

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos CLASIFICACION DE ACEITES HIDRAULICOS MINERALES La International Standard Organization (ISO) ha desarrollado algunas especificaciones para aceites minerales hidráulicos. Es importante anotar que estas especificaciones son meramente descriptivas y que no dan ninguna indicación de la calidad de un producto en particular. Existen cuatro clasificaciones: HH Aceites minerales sin aditivos. Estos son productos de costo relativamente bajo que pueden ser usados en sistemas no críticos. HL Aceites minerales que contienen antioxidantes. Estos aceites tienen una vida útil mas larga y dan mayor protección antioxidante que el aceite HH. Estos pueden ser usados en sistemas que no requieren un desempeño antidesgaste. HM Semejantes a los aceites HL pero además contienen aditivos antidesgaste. Se utilizan cuando se requiere una vida útil más larga y protección antidesgaste. La mayoría de los sistemas industriales inmóviles donde se requieren diferentes aceites hidráulicos, utilizan estos tipos de aceite. HV Aceites con alto índice de viscosidad. Estos aceites se utilizan en casos de temperaturas


Módulo Cinco extremas o en casos en que es esencial que la viscosidad del aceite cambie lo menos posible.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos FLUIDOS HIDRAULICOS ININFLAMABLES Hay tres tipos básicos de fluidos ininflamables:

Agua-glicol Los fluidos a base de agua-glicol están formados de: a. 35 a 40% de agua para obtener resistencia contra el fuego. b. Un glicol substancia química sintética de la misma familia que los anticongelantes permanentes, generalmente etileno o propileno glicol. c. un espesador soluble en agua para mejorar la viscosidad. También contienen aditivos para impedir la formación de espuma, la oxidación, la corrosión y para mejorar la lubricación. Características Los fluidos tipo agua-glicol presentan, generalmente, buenas características antidesgaste con tal de que se eviten velocidades y cargas elevadas. La densidad es superior a la del aceite, lo que puede originar un vacío mayor en la entrada de las bombas. Ciertos metales como el zinc, el cadmio y el magnesio reaccionan con los fluidos tipo agua-glicol y no pueden ser utilizados en sistemas en que deban utilizarse pinturas y esmaltes compatibles con estos fluidos.


Módulo Cinco La mayoría de las juntas y mangueras flexibles son compatibles con el agua-glicol. El amianto, el cuero y los materiales a base de corcho deben evitarse pues tienden a absorber agua. Algunos inconvenientes de estos fluidos son: a. Es necesario medir, periódicamente, el contenido de agua y comparar las pérdidas por evaporación para mantener la viscosidad requerida. b. La evaporación también puede causar la pérdida de ciertos aditivos, reduciendo así la duración del fluido y la de los componentes hidráulicos. c. La temperatura de trabajo debe mantenerse mas baja. d. El costo (actualmente es superior al de los aceites convencionales.). Cambio a agua-glicol Cuando en un sistema se cambia el aceite mineral por agua-glicol, debe limpiarse cuidadosamente. Las recomendaciones incluyen sacar la pintura del interior del depósito, cambiar las piezas recubiertas de zinc o cadmio, y cambiar algunas conexiones de fundición. También puede ser necesario cambiar las piezas de aluminio, a menos que hayan sido tratadas adecuadamente, así como el equipo de accesorios que no sean compatibles con el fluido.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Emulsiones agua-aceite Son los fluidos ininflamables más económicos. Las propiedades ininflamables dependen, como en el agua-glicol, del contenido de agua. Además del agua y del aceite, estas emulsiones contienen emulsificadores, estabilizadores y otros aditivos para evitar que ambos líquidos se separen. Aceite en agua Las emulsiones de aceite en agua contienen pequeñas gotas de aceite especialmente refinado, dispersas en el agua. Se dice que el agua es la fase continua, y que las características del fluido tienen más semejanza con el agua que con el aceite. El fluido es muy resistente al fuego, tiene baja viscosidad y excelentes características de enfriamiento. Pueden incorporarse aditivos para mejorar la capacidad de lubricación que es relativamente baja, y para la protección contra la oxidación. Este fluido se ha usado principalmente en el pasado con bombas grandes de baja velocidad. Ahora también se puede usar con ciertas bombas hidráulicas convencionales. Agua en aceite Las emulsiones de agua en aceite son de uso más corriente. Pequeñas gotas de agua están dispersas en una fase de aceite continua. Como el aceite, estos fluidos tienen excelente lubricidad y buena consistencia. Además el agua dispersa proporciona al fluido excelente capacidad de enfriamiento. Se incorporan inhibidores de oxidación para ambas fases de agua y aceite. También se usan aditivos antiespumantes sin dificultad.


Módulo Cinco Estas emulsiones contienen generalmente alrededor del 40% de agua. Sin embargo, algunos fabricantes suministran este fluido concentrado y el consumidor añade el agua al instalarlo. Como en el caso del agua-glicol, es necesario reponer el agua para mantener la viscosidad adecuada. Otras características Las temperaturas de funcionamiento deben mantenerse bajas en cualquier emulsión de agua-aceite, para evitar la evaporación y la oxidación. El fluido debe circular y no debe verse sometido repetidamente a congelación y calentamientos, pues en ese caso las fases se separarían. Las condiciones de entrada deben elegirse cuidadosamente debido a la mayor densidad del fluido y a su viscosidad más elevada. Las emulsiones parecen tener una mayor afinidad para contaminación y requieren especial atención en el filtrado, incluyendo filtros magnéticos para atraer las partículas de hierro. Compatibilidad con juntas y metales Las emulsiones agua-aceite son generalmente compatibles con todos los metales y juntas que se encuentran en los sistemas de aceites minerales. Cambio a emulsión Cuando en un sistema hidráulico se cambia el aceite por la emulsión agua-aceite, debe vaciarse y limpiarse completamente. Es esencial extraer todos los contaminantes, como en el caso del aguaglicol, que podrían provocar la descomposición del nuevo fluido.



Módulo Cinco

La mayoría de las juntas se pueden dejar tal como están aunque, sin embargo, las juntas móviles de butil deben cambiarse. Al sustituir a los fluidos sintéticos, las juntas deben cambiarse pasando a las adecuadas para los aceites minerales.

requieren un cuidado especial cuando se les utiliza. Algunas bombas de paletas están construidas con cuerpos especiales con objeto de mejorar las condiciones de entrada necesarias para impedir la cavitación, cuando se usa un fluido sintético.

Fluidos sintéticos

El índice de viscosidad (IV) de los fluidos sintéticos es generalmente alto, estando comprendido entre 130 y 150.

Los fluidos sintéticos ininflamables son productos químicos sintetizados en él laboratorio, que son por sí mismos menos inflamables que los aceites de petróleo. Algunos productos típicos de esta clase son: - Esterofosfatos - Hidrocarburos clorados - Fluidos sintéticos que son mezclas de 1 y 2 y pueden contener también otros materiales. Características Como los productos sintéticos no contienen agua u otros materiales volátiles, funcionan bien a altas temperaturas sin pérdida de ningún elemento esencial. También son adecuados para sistemas de alta presión. Los fluidos sintéticos resistentes al fuego no funcionan bien en sistemas a baja temperatura. Puede ser necesario precalentar en ambientes fríos. Además, estos fluidos son los de mayor peso especifico y las condiciones de entrada a la bomba

Los fluidos sintéticos son probablemente los fluidos hidráulicos más caros que se usan en la actualidad. Compatibilidad con las juntas Los fluidos sintéticos no son compatibles con las juntas corrientes de nitrilo (buna) y neopreno, por consiguiente, al sustituir el aceite mineral, aguaglicol o emulsión agua-aceite, por un fluido sintético hay que desmontar todos los componentes para cambiar las juntas.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos CLASIFICACION DE LOS FLUIDOS RESISTENTES AL FUEGO La siguiente es la clasificación CETOP. HFA Emulsión de aceite en agua. Estos fluidos típicamente contienen 95% de agua y 5% de aceite. HFB Emulsión de agua en aceite. Estos fluidos típicamente contienen 60% de aceite y 40% de agua. HFC Solución agua-glicol típicamente contienen 60% de glicol y 40% de agua. HFD Fluidos sintéticos comúnmente basados en ésteres de fosfato.


Módulo Cinco

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos MANTENIMIENTO DEL FLUIDO


Módulo Cinco Cuidado durante el funcionamiento

Los fluidos hidráulicos de cualquier clase no son baratos. Además, él cambiarlos y limpiar los sistemas que no han sido adecuadamente mantenidos, consume tiempo y dinero. Es pues, importante tener el adecuado cuidado con el fluido.

Los cuidados adecuados para un fluido hidráulico durante el funcionamiento incluyen:

Almacenamiento y manejo

2. Establecer intervalos de cambio de fluido adecuados para no dejar que éste se descomponga. En caso necesario, el proveedor puede analizar periódicamente muestras en el laboratorio para establecer la frecuencia de cambio.

Se indican a continuación algunas reglas para impedir la contaminación del fluido durante el almacenamiento y manejo. 1. Almacenar los tambores apoyándolos lateralmente. Si es posible, tenerlos en el interior o a cubierto. 2. Antes de abrir un tambor limpiar la parte superior y el tapón de forma que no pueda entrar suciedad. 3. Usar solamente mangueras y recipientes limpios para transferir el fluido del bidón al depósito hidráulico. Se recomienda un grupo de trasiego equipado con un filtro de 20 micras absolutas. 4. Utilizar una tela de malla lo más fina posible en el tubo de llenado del depósito. Así el fluido se mantiene limpio y libre de humedad durará mucho más tiempo y se evitará dañar las piezas de precisión de los componentes hidráulicos.

1. Impedir la contaminación manteniendo el sistema estancado y utilizando filtros de aire y aceite adecuados.

3. Mantener el depósito adecuadamente lleno para aprovechar sus características de disipación de calor e impedir que la humedad se condense en las paredes interiores. 4. Reparar inmediatamente las fugas.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos ESPECIFICACIONES DE LOS FLUIDOS HIDRAULICOS Especificaciones mundiales - Denison HF 0, HF 1, HF 2, HF 3. - Vickers I-286-S, M-2950 - Cincinati Milacron P-68, P-69, P-70 - Racine, Variable Volume Vane Pump. - DIN 51524, Part 2. - Mannesman 102030 (Rexroth). - Thyssen TH-N-256132. - German Steel Industry SEB 181.222 - VDMA 24318. - HLP-D - Commercial Hydraulics.


Módulo Cinco



Módulo Cinco

ESPECIFICACIONES DE LOS FLUIDOS HIDRAULICOS Especificaciones mundiales ESPECIFICACIONES DENISON GUIA HF-0

Fluidos basados en aceites minerales aptos para desempeñarse en bombas de paletas y pistón a las condiciones promedio del catálogo.

Especificaciones promedio de Catálogo Intermitente

BOMBA DE PALETAS

Continuo

Presión 3.000 PSI

Presión 2.500 PSI

Máximo

Máximo

Temperatura 1000C Máx.


R.P.M. 2.500 Máximo

R.P.M. 2.500 Máximo

Presión 5.000 PSI Máximo

BOMBA DE PISTON

Temperatura 1000C Máx. (intermitente) Temperatura 60°C (continuo) R.P.M. 1.200 - 1.800



Módulo Cinco

ESPECIFICACIONES DENISON GUIA HF-1

Especificación R & O para fluidos basados en aceites minerales aptos para desempeñarse en bombas de pistón a las condiciones promedio de catálogo.

Condiciones típicas de Catálogo Presión 5.000 PSI Máximo

BOMBA DE PISTON

Temperatura 1000C Máx. (intermitente) Temperatura 60°C Max. (continuo) R.P.M. 1.200 - 1.800



Módulo Cinco


Fluidos basados en aceites minerales aptos para desempeñarse en bombas de paletas a las condiciones promedio de catálogo y pueden ser usados en equipos de pistón a condiciones por debajo del promedio.

Condiciones típicas de Catálogo Intermitente

BOMBA DE PALETAS

Continuo

Presión 3.000 PSI

Presión 2.500 PSI

Máximo

Máximo

Temperatura 100 C Máx.


R.P.M. 2.500

R.P.M. 2.500

0


BOMBA DE PISTON

Temperatura 70 0C Máximo (intermitente) Temperatura 60°C Máximo (continuo) R.P.M. 1.800 Máximo



Módulo Cinco


Especificación para emulsiones de agua en aceite, para uso en bombas de paletas y de pistón en condiciones de operación por debajo de las promedio.

Condiciones típicas de Catálogo Intermitente

BOMBA DE PALETAS

Continuo

Presión 1.500 PSI

Presión 1.000 PSI

Máximo

Máximo

Temperatura 66 C Máx.


RPM 1.800 Máximo

RPM 1.800 Máximo

0


BOMBA DE PISTON

Temperatura 600C Máximo RPM 1.800 Máximo



Módulo Cinco

ESPECIFICACIONES DENISON

HF-0

HF-1

HF-2

Test de Bomba Denison T-5D Paletas Denison P-46 Pistón

✔ ✔

-

✔

✔

-

Test de Oxidación Test 1.000 Horas por (ASTM D-943)

✔

✔

✔

Herrumbre ASTM D-665A ASTM D-6565B

✔ ✔

✔ ✔

✔ ✔

Estabilidad Hidrolítica ASTM D-2619

✔

-

✔

Estabilidad Térmica Cinccinati Milacron Test

✔

-

-

Filtrabilidad Denison TP 02100

✔

-

✔

Test de Espuma ASTM D-892

✔

✔

✔

Viscosidad cSt a 400C

(1)

(1)

(1)

Indice Mínimo de Viscosidad

90

90

90



Módulo Cinco

REQUERIMIENTOS DE LA ESPECIFICACIONES CINCCINATI MILACRON

Cinccinati Milacron

P - 68

P - 69

P - 70

Pruebas de Bomba ASTM D 28882 MG.

50 Máx.

50 Máx.

50 Máx.

Herrumbre ASTM D 665A

Pase

Pase

Pase

Estabilidad Térmica ( Prueba Cinccinati Milacron)

-

-

-

Viscosidad cSt a

32

68

46

Indice de Viscosidad Mínimo

90

90

90



Módulo Cinco

TIPOS DE BOMBA VS. ESPECIFICACIONES

Presión de Trabajo PSI

Industrial

Equipo Móvil

BOMBA DE PISTON

3.000

5.000

BOMBA DE PALETAS

2.000

3.000

Denison

HF-2 / HF-0

HF-0

Vickers

I-286-S

M-2950-S

Cinccinati Milacron

P-68, P-69, P-70

Ninguna



Módulo Cinco

PRUEBAS PARA LOS FLUIDOS HIDRAULICOS Propiedades de la liberación del aire IP 313/ASTMD 3427

En este Test se sopla aire comprimido durante 7 minutos a través de el aceite en prueba, el cual es calentado a temperaturas de 25, 50 ó 75°C. Se toma el tiempo requerido para que el aire atrapado reduzca su volumen a 0.2%, mediante la medición de la densidad en el aceite con una balanza de mohr.

Características de formación de espuma IP146/ASTMD 892

En este Test se sopla aire durante 5 minutos a una relación constante en una muestra de aceite mantenida a 24°C, el volumen de espuma es medido y reportado como la tendencia a la formación de espuma. Al cabo de 10 minutos se mide nuevamente el volumen de la espuma y es reportado como la estabilidad de la espuma. El Test es repetido en una segunda muestra a 93.5°C, y después de colapsar la espuma a 24°C, enfriando desde 93:5°C. Ejemplo:

VOLUMEN DE ESPUMA (ML) al cabo de TEMPERATURA °C

5 minutos

10 minutos

24

10

0 - Trazas

93.5

20

0 - Trazas

24

10

0-5

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Propiedades antidesgaste Existen especificaciones promedio de Catálogo. Pruebas para evaluar la protección antidesgaste del aceite hidráulico. Vamos a estudiar las pruebas de bomba, establecidas por la Vickers que son: VICKERS V104C PUMP TEST y la VICKERS 35 VQ 25 PUMP TEST. VICKERS V 104C La capacidad del fluido para proteger contra el desgaste, se prueba en una bomba de paletas bajo0 condiciones especificadas de operación, durante un tiempo determinado al final del cual se mide la pérdida de peso en el anillo y las paletas. En el Test estándar, la bomba se opera durante 250 horas a la presión de 2.000 PSI y una temperatura de 70°C, con un buen aceite hidráulico, la pérdida total de peso debe ser menor de 20 mgrs. En el Test de baja carga, la bomba se opera durante 250 horas, a una presión de 35 bar y una temperatura de 70°C BST, en el Test se tiene en cuenta la necesidad de proveer efectiva protección contra el desgaste en desempeño con bajas cargas. Límite Test

Tellus 37

250 Horas, 140 Bar, 70° C Pérdida total de peso

100 mgr. mgr.

7.6 mgr. mgr.


100 mgr. mgr.

3.0 mgr. mgr.

100 mgr. mgr. por 250 Horas

35 mgr. mgr. por 250 Horas

Condiciones



Módulo Cinco Test de anillo caliente (HOT RING TEST) La bomba es operada por 1.000 horas a 2.000 PSI de presión y una temperatura de 105°C, este Test evalúa el desempeño del aceite en condiciones mucho más allá de lo previsto en servicio. VICKERS 35 VQ 25 Es un Test severo que fue introducido para asegurar que los aceites candidatos provean adecuada protección para bombas en aplicaciones móviles donde la operación excede el 80% de la capacidad promedio de la bomba. Límite Test

Tellus 37

Pérdida promedio peso en anillo

75

7.6

Pérdida promedio peso de paletas

15

6

Es la más dura dentro del repertorio para medir propiedades antidesgaste en acero. Se utiliza una carga de aceite para poner en marcha por separado 3 bombas, cada una se hace funcionar bajo condiciones extremadamente severas 2.400 R.P.M., 3.000 PSI de presión y 93°C de temperatura, la línea de funcionamiento es de 50 horas cada una, lo cual da un total de 150 horas para la carga del aceite, después de la prueba el anillo ylas paletas se miden con toda precisión para determinar la perdida de peso. Los resultados obtenidos con Shell Tellus en estas pruebas son extraordinarios.



Módulo Cinco

TODOS LOS ACEITES HIDRAULICOS NO SON IGUALES / RESUMEN BENCHMARKING SHELL TELLUS NUEVA FORMULA /NIVELES DE DESEMPEÑO Vs COMPETIDORES RESULTADOS OBTENIDOS EN BRASIL Y USA 1.997 Vs FORMULA REVITALIZADA SHELL TELLUS 46 (PRUEBAS SOUTHAFRICA)

PRODUCTO UNIDAD ESPECIFICACION Rating Máximo 5 Rating Máximo 1 mg Máximos 10 3,5 DEPOSITOS REMOVIDOS DEL ACERO Cantidad Máxima PESO EN LODOS FORMADOS mg/100ml. Máximo 25 UNIDAD ESPECIFICACION ANTIDESGASTE Vickers V104 /35VQ25 ESTAB. TERM CINCINNATI-168Hrs/135°C

CAMBIO APARIENCIA COBRE CAMBIO APARIENCIA ACERO PERDIDA DE PESO COBRE

PERD.PESO ARO/ PALETAS-hot rig mg totales máximos mg Máximos PERD. PESO ARO/PISTA PERDI. PESO PALETAS mg Máximos

STICK SLIP

Ratio Máximo

FILTRABILIDAD TMS341&347-300 ml-Mebr 1.2 Micron ACEITE SECO ACEITE Y AGUA AL 0.1% ACEITE Y AGUA 0.1% +Ca 30 ppm PRUEBAS

RESIST. OXIDACION, Hrs "TOST"-ASTM 943 PRUEBAS DE CAPACIDAD DE CARGA Y SUPERFICIE

CAP.CARGA FZG-DIN 51524-HLP- IP 943 LIBERACION DE AIRE IP 313-Minutos DEMULSIBILIDAD ASTM D 1401-Desv40/40-0a20 Minuts ESPUMACION IP146(ASTM D892)-Secuencia I 25°C DESGASTE DE BOMBAS DENINNSON, PALETAS T6C DENINNSON , PISTON P46 REXROTH

100 75 15 1,0

UNIDAD Minutos Minutos Minutos UNIDAD ASTM D 943 UNIDAD IP 334 Minutos

ESPECIFICACION Mínimos posibles Mínimos posibles Mínimos posibles ESPECIFICACION 1000 ESPECIFICACION 10 Mínimos posibles Desv.40/40-0a20Minutos Minimos Posibles Secuencia I 25oC 150....20/0 máx T6C P46 REXROTH

PASA PASA PASA

REVIT. TELLUS 46 2 0,5 1 0 0 REVIT. TELLUS 46

TELLUS 46 2 0,5 1,5 0 1 TELLUS 46

A 46 2 0,5 0 0 0 A 46

B 46 2 0,5 1 1 8 B 46

C 46 2 0,5 0 0,5 0 C 46

40 19 6 0,4

45 26 6 0,4

56 37 8 0,9

45 42 11 1,2

63 47 14 1,2

REVIT. TELLUS 46 8 7 8,5 REVIT. TELLUS 46 4000 REVIT. TELLUS 46 12 10 20 20

TELLUS 46 8 9 10 TELLUS 46 2000 TELLUS 46 10 10 20 20

A 46 8,5 18 12 A 46 1550 A 46 10 12,2 22 150

B 46 9 27 15 B 46 1670 B 46 10 12 20 180

C 46 9,5 33 9 C 46 1450 C 46 8 12,8 20 120

PASA PASA PASA

PASA PASA PASA



Módulo Cinco

BENCHMARKING TELLUS VS. CIA- ESTABILIDAD TERMICA

mg 25 20 15

ESPECIFICACION TELLUS REVITALIZADO 46 A 46 B 46 C 46 TELLUS 46

10 5 0

Rating Máximo mg Máximos CAMBIO APARIENCIA PERDIDA DE PESO ACERO COBRE

Cantidad Máxima DEPOSITOS REMOVIDOS DEL ACERO

mg/100 ml. Máximo PESO EN LODOS FORMADOS



Módulo Cinco

BENCHMARKING TELLUS VS. CIA EN DESEMPEÑO ANTIDESGASTE & STICK-SLEEP

ESPECIFICACION TELLUS 46 REVITALIZADO A 46 B 46 C 46

80

GRADO DE DESEMPEÑO

70 60

TELLUS 46

50 40 30 20 10 0

mg Máximos PERDI. PESO ARO/PISTA

mg Máximos PERDI. PESO PALETAS

Relación máximo STICK SLIP



Módulo Cinco

GRADO DE DESEMPEÑO

BENCHMARKING TELLUS VS. CIA -DESEMPEÑO EN FILTRABILIDAD

35 TELLUS 46 REVITALIZADO

30

A 46

25

B 46

20

C 46 TELLUS 46

15 10 5 0

Mínimos posibles Minutos LUBRICANTE SECO

Mínimos posibles Minutos LUBRICANTE Y AGUA AL 0.1%

Mínimos posibles Minutos LUBRICANTE Y AGUA 0.1% + Ca 30 ppm



Módulo Cinco

BENCHMARKING PRUEBA TOST VS. SHELL TELLUS

Horas ASTM

D 943

Horas

ESPECIFICACION

4.000

TELLUS 46 REVITALIZADO

3.500

B 46 C 46

3.000 2.500

A 46

TELLUS 46

2.000 1.500 1.000 500 0

RESIST. OXIDACION, Hrs. "TOST"-ASTM 943



Módulo Cinco

BENCHMARKING CAPACIDAD CARGA FZG Y PROPIEDADES DE SUPERFICIE

Tellus vs. Competencia

Kgs. (FZG) y minutos ((FZG) y minutos (Prop. Superficie )

180 160 140 120 100 80 60

ESPECIFICACION TELLUS 46 REVITALIZADO A 46 B 46 C 46 TELLUS 46

40 20 0

IP 334 CAP. CARGA FZG DIN 51524 HLP

Minutos LIBERACION DE AIRE IP 313

Desv. 40/40-0 a 20 Minutos DEMULSIBILIDAD ASTM D 1401

SecuenciaI 25° C ESPUMACION IP146 ASTM D892

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Prueba de estabilidad térmica El aceite se calienta a 135°C en presencia de varillas de cobre y acero durante 7 días al finalizar la prueba se determinan los cambios en peso de las varillas de metal, se observa alguna decoloración en los mismos y formación de lodo en el aceite.

Resistencia a la oxidación Prueba Turbine Oil Stability Test (TOST). A 300 milímetros de aceite se adicionan 50 mililitros de agua, se colocan carretes de cobre y acero como catalizadores y se sopla oxígeno constantemente para estimular la oxidación. La acidez de la solución es monitoreada continuamente. El tiempo requerido por el aceite para alcanzar el número de neutralización de 2 mgs. KOH/ 9 es el tiempo de vida TOST. Además la muestra es examinada a las 1.000 horas para evidenciar los depósitos formados o los cambios en la apariencia de el aceite, agua, cobre y acero.


Módulo Cinco

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Demulsibilidad Método ASTM D-1401 y ASTM D-2711

El método estándar ASTM D-1401 se utiliza para los aceites sintéticos y para los de turbinas de vapor con una viscosidad entre un grado ISO 32 y un 100. El ASTM D-2711 para los demás tipos, incluyendo los de E.P. La prueba de demulsibilidad consiste en mezclar una parte de aceite con otra de agua destilada (en el ASTM D-1401, 40 c.c.) ml. de aceite con 40 c.c.) ml. de agua destilada, y mezclar durante 5 minutos, a una temperatura determinada (55°C en el método ASTM D-1401 Y 80°C en el ASTM D-2711). Transcurrido este tiempo, se deja la mezcla en reposo y se chequea el tiempo requerido para que la emulsión de agua y de aceite se separen completamente. Los resultados obtenidos en esta prueba deben ser como mínimo 40 c.c. (ml.) de aceite, 37 c.c. (ml.) de agua y 3 c.c. (ml.) de emulsión para un tiempo de 20 minutos. Un aceite posee buenas características de demulsibilidad cuando la mezcla de agua y de aceite se separa completamente en un tiempo de un minuto. La agitación ayuda a que la emulsión de un aceite con agua persista, pero, una vez esta se encuentre en reposo, debe desaparecer inmediatamente; de lo contrario, puede causar problemas de corrosión y de formación de herrumbre en todos los circuitos por donde fluya el aceite. Por otro lado, los ácidos orgánicos que empiezan a formarse en el aceite como resultado de su oxidación normal, se vuelven más corrosivos en presencia de agua y algunos de los inhibidores de la oxidación pueden ser disueltos por ella.


Módulo Cinco Los aceites automotores no poseen aditivos antiemulsionantes debido a que estos reaccionan con los aditivos detergentes-dispersantes (fenatos y sulfonatos), descomponiendo el aceite. El agua con el aceite forma una emulsión que, dependiendo del tipo de aceite, es estable o no. En el caso de aceites para maquinado, se requiere que la emulsión sea altamente estable, mientras que en otros, como los aceites para turbinas de vapor,sistemas hidráulicos, reductores, compresores, transformadores y para sistemas de circulación se necesita que tenga buenas propiedades demulsificantes. Un aceite industrial emulsionado por lo general presenta un color opaco, pero este color desaparece y el aceite adquiere un color claro (si no está oxidado), cuando se calienta a una temperatura de 100°C. En el caso de los aceites automotores, esta prueba es poco significativa porque su color opaco se debe básicamente a sus características de detergencia-dispersancia. Esta característica es de especial importancia en el caso de aceites de turbina, hidráulicos y en general de todos aquellos expuestos a trabajar en contacto con el agua, siendo la presencia de ésta es generalmente muy perjudicial para la lubricación, deseándose por lo tanto, que la emulsión sea inestable, y ésta lo es, si desaparece al terminar la acción que la originó o después de un cierto tiempo de reposo. Si persiste, se trata de una emulsión estable. Los factores que favorecen la estabilidad de las

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos emulsiones son: - Una tensión interfacial suficientemente baja. - Viscosidad muy elevada del aceite. - Pequeña diferencia de densidad entre ambos líquidos. - Presencia de sulfonatos por oxidación del aceite.


Módulo Cinco

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos AVERIAS EN LOS MANDOS HIDRAULICOS


Módulo Cinco Ruidos anormales de la bomba

Reseñamos a continuación, más específicamente desde el punto de vista de los aceites hidráulicos, una serie de averías que se producen en estos mecanismos, sus causas y su corrección.

Válvula engomada Comprobar el estado del aceite, instalar un filtro en el circuito e inspeccionar el ya existente. Analizar el aceite para controlar su estado de oxidación.

Contaminación del fluido con partículas sólidas.

Desgaste de piezas Comprobar el estado de las válvulas, pistones o engranajes. Cambiar las piezas }desgastadas.

La causa más común de averías en sistemas hidráulicos es la contaminación del fluido con partículas sólidas. Es esencial conservar fluidos lo mas limpios como sea posible. Esto es particularmente importante para sistemas que operan a presiones altas y aquéllos que incorporan componentes de tolerancia cerrados. La contaminación de los fluidos hidráulicos puede ser causada por:

Cavitación Comprobar la aspiración de la bomba. La sección de aspiración debe ser poco más o menos el doble que la de escape. Comprobar los tubos de aspiración. Si es necesario utilizar un aceite de viscosidad más baja o con un punto de congelación más bajo. Formación de pequeñas burbujas de aire o de vapor en el aceite por causa de una reducción de presión.

- La abrasión de la precisión forma las superficies de bombas hidráulicas, actuators y válvulas del mando, ensanchando trabajando despachos de aduanas a un grado que puede afectar la exactitud de mando,;

• Es más probable que ocurra en la succión de la bomba.

- La degradación del fluido por contaminantes catalíticos

• Puede conducir al rompimiento de la película lubricante.

- La ineficiencia que afecta el desempeño del sistema, si se trancan componentes que no se pueden mover libremente

• Puede ocasionar daños en la bomba.

• La posibilidad de cavitación se incrementa cuando el fluido contiene aire atrapado.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos ejemplos de averías causadas por cavitación


Módulo Cinco Entradas de aire Controlar las juntas de aspiración; para ello poner aceite en el exterior de las juntas y observar los puntos donde esta aplicación de aceite hace disminuir o desaparecer el ruido. Instalación incorrecta Una pesada y efectiva carga sobre el eje de mando de una bomba de engranajes que ha causado excesivo desgaste sobre el plato de presión en la parte trasera del engranaje de mando.

Corrosión de Cavitation en el plato del puerto de una bomba del pistón axial

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Sobrecarga El alojamiento de esta bomba de engranajes después de haberse roto y haber sido alesado o raspado con repetidos surcos y excesiva presión


Módulo Cinco Frotamientos anormales de la bomba Comprobar el montaje o reajustar el mismo. Termostato Si el aparato está provisto de termostato destinado a refrigerar el aceite comprobar que no está averiado o parcialmente bloqueado. Cantidad de aceite insuficiente Aumentar la cantidad de aceite en el circuito o en todo caso utilizar un deposito mayor a fin de someter el aceite a un trabajo menos continuado.

Falta de potencia o pérdida de ella Averías en el by-pass Comprobar éste por si tiene algún resorte roto o en mal estado o la válvula estropeada.

Calentamiento del aceite Presión de escape demasiado elevada Regular el by-pass, para que funcione a más baja presión. Aceite demasiado viscoso Utilizar un aceite más fluido. Mal rendimiento de la bomba Utilizar un aceite más viscoso o de índice de viscosidad más elevado. Comprobar la estanqueidad de las juntas y la de las válvulas.

Velocidad insuficiente de la bomba Comprobar el motor y la transmisión. Mal rendimiento de la bomba Comprobar el estado de la misma y sus componentes. Reemplazar aquellos que no se encuentren en buen estado. Funcionamiento defectuoso de la bomba Buscar la presencia de cuerpos extraños o depósitos que obstruyan los orificios y las válvulas. Aceite demasiado viscoso Utilizar un aceite más fluido.



Módulo Cinco

Movimiento irregular de los órganos de mando

Causas generales de mal funcionamiento

Válvulas engomadas o que quedan abiertas Si las válvulas están engomadas comprobar el estado del aceite y concretamente su oxidación. Buscar la presencia de burbujas de aire en el circuito. Ver si existen partículas metálicas o cuerpos extraños en los asientos de las válvulas.

Funcionamiento prolongado sin cambio de aceite Debe tomarse periódicamente una muestra de aceite y hacerla analizar grado de oxidación.

Los órganos con mando oleodinámico, obedecen mal durante el período de marcha Comprobar el punto de congelación del aceite utilizado, así como su viscosidad a la temperatura de puesta en marcha; si son demasiado elevadas, cambiar el aceite y reemplazarlo por otro con punto de congelación más bajo e índice de viscosidad más alto. Bloqueo del árbol o de la biela Comprobar el montaje de los ejes de pistones y el estado de las juntas.

Efectos sobre la transmisión por oxidación del fluido Aumento de viscosidad - Operación lenta Rotura de cadenas carbonadas - Pérdida de viscosidad - Degradación de Elastómeros Formación de barros - Obturación de válvulas Formación de ácidos - Corrosión Degradación del modificador de fricción - Pobre realización de cambios Contaminación del aceite Proviene generalmente de emulsiones con agua, aceites solubles de corte o líquidos de rectificado.

Otras causas pueden ser: Conocimiento insuficiente del personal que utilice el circuito. Entrada de aire en el circuito.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Mala calidad del fluido hidráulico


Módulo Cinco Una válvula de alivio bloqueada provocó presión haciendo que el árbol de la bomba se rompierá

Juntas de calidad mala o defectuosa Fuentes de contaminación Manufactura Desgaste Normal Mantenimiento y llenado del sistema Eventualmente, impurezas del medio ambiente Daño repentino Una partícula de metal grande entrampada en los dientes de una bomba

Daño por degradación El desgaste abrasivo de la paleta de la bomba hidráulica lleva a la pérdida de mando de la paleta

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Rayado del vástago de un cilindro hidráulico. Una vez iniciado se acumula más suciedad dentro de las ranuras causando una contaminación extensa


Módulo Cinco



Módulo Cinco

RESUMEN ESQUEMATICO DE FALLAS EN SISTEMAS HIDRAULICOS

Ruido Excesivo A

B

Bomba con ruido

Motor con ruido

1.Cavitación 1. Cavitación

1.Acople 1. Acople desalineado

2.Aire 2. Aire en el fluido 3.Acople 3. Acople desalineado 4.Bomba 4. Bomba desgastada o dañada

2.Motor desgastado o dañado

C

Válvula de alivio ruidosa 1.Ajuste 1. Ajuste demasiado cercano a la presión o al ajuste de otra válvula 2.Cono 2. Cono y asiento desgastados



Módulo Cinco

Calor Excesivo A

B

C

Válvula de alivio

Bomba caliente

Motor caliente

1.Fluido caliente

1.Fluido caliente

1.Fluido caliente

2.Cavitación

2.Válvula de alivio o descarga con ajuste demasiado alto en presión

2.Ajuste incorrecto de válvulas

3.Aire en el fluido 4.Válvula de alivio o descarga con ajuste demasiado alto en presión 5.Carga excesiva 6.Bomba desgastada o dañada

3.Carga excesiva 4.Motor desgastado o dañado

3.Válvula desgastada o dañada

D

Fluido caliente 1.Presión del sistema demasiado alta 2.Válvula de alivio o descarga con ajuste demasiado alto en presión

3.Fluido sucio o baja provisión del mismo

4.Fluido de viscosidad incorrecta

5. Sistema de enfriamiento defectuoso 6. Bomba, válvula, motor, cilindro u otro componente desgastado



Módulo Cinco

A

Flujo Incorrecto B

No hay flujo

Poco flujo

1.La bomba no recibe el fluido 2.Motor eléctrico que mueve la bomba no trabaja 3.Acople entre el motor y la bomba roto 4.Motor eléctrico que mueve la bomba con rotación 5.Control direccional ajustado en posición incorrecta 6.Todo el flujo pasa a través de la válvula de alivio 7.Bomba Dañada

1.Ajuste del control de flujo demasiado cerrado

C

Flujo excesivo 1. Ajuste del control de flujo demasiado abierto

2.Válvula alivio o descarga

2.Control de desplazamiento

con ajuste demasiado abierto

está inoperante (en bombas de desplazamiento variable)

3.Fuga externa en el sistema 4.El control de desplazamiento está inoperante (en bombas de desplazamiento variable) 5.Bomba, válvula, motor, cilindro, u otro componente desgastado



Módulo Cinco

Presión Incorrecta A

No hay presión 1.No hay flujo

B

Baja presión 1.Hay escape de presión 2.Ajuste de válvula reductora de presión demasiado bajo

C

Presión errática

Presión excesiva

1.Aire en el fluido

1. Válvula reductora

2.Válvula de alivio

alivio o de descarga

desgastada

mal ajustada

3.Contaminación en

2.El control de desplazamiento está inoperante (en bombas de desplazamiento variables)

de presión, de

el fluido 3.Fugas externas excesivas

D

4.Acumulador defectuoso o con

4. Válvula reductora

poca carga

de presión desgastada o dañada

5.Bomba, motor o cilindro desgastado

3.Válvula reductora de velocidad, de alivio o de descarga desgastada o dañada


A

No hay movimiento 1.No hay flujo o presión 2.Control de límite


Módulo Cinco

Operación Defectuosa B

Movimiento lento 1.Poco flujo 2. Viscosidad del líqui-

C

Movimiento 1.Presión 2.Aire en el fluido

do demasiado alta

o posición (mecánico,

3.Control de presión

3.No hay lubricación

eléctrico o hidráulico

insuficiente para

en los mecanismos

inoperante o

válvulas

de movimiento

desajustado

4. No hay lubricación

3.Restricción

en los pasos de la má-

mecánica

quina o en los mecanismos de movimiento

4.Cilindro o motor dañado o desgas-

5. Motor o cilindro

tado

desgastado o dañado

4. Motor o cilindro dañado o desgastado

D

Velocidad o movimiento excesivo 1. Flujo excesivo

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos TRANSMISION AUTOMATICA Es el componente mecánico más complejo de un vehículo, hace posible que un motor mueva pesadas cargas, invierta la dirección de vehículo, y desarrolle altas velocidades proporcionando una diversidad de marchas en punto muerto, marcha atrás y marcha adelante, la transmisión se compone de cuatro elementos principales: Convertidor de torque, engranajes planetarios, discos de fricción, cintas de transmisión y un sistema de control hidráulico. EL CONVERTIDOR DE TORQUE, transfiere y multiplica el par motor (fuerza de giro), le permite al vehículo detenerse sin parar el motor y sin la necesidad de un embrague manual. Cuatro componen-

Segundo planetario Primer planetario

Del acelerador


Módulo Cinco tes principales del convertidor de torque proporcionan un acoplamiento fluido entre el motor y el tren de transmisión del vehículo. Unido al volante del motor el convertidor de torque, dos conjuntos de paletas giratorias obligan al fluido de transmisión a desplazarse de un lado a otro dentro de la caja del convertidor de torque; el motor hace girar las paletas de bomba, haciendo que el fluido sea arrojado a las paletas de la turbina este enlace fluido, muy parecido a un ventilador y una rueda de espigas, encausa la potencia del motor hacia el interior de la transmisión. El estar trabajando con la turbina y la bomba proporcionan una multiplicación del par durante el arranque, el embrague del convertidor de torque proporciona un enlace directo entre las paletas de la bomba y las paletas de la turbina con miras a una mejor economía de combustible a la velocidad de carretera, los dos conjuntos de paletas se aproximan a la misma velocidad de rotación y el embrague del convertidor de torque embraga o engancha y anula el enlace fluido encausando la energía directamente desde el motor al eje de la turbina sin perdida de potencia.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos CONJUNTO DE ENGRANAJES PLANETARIOS, está constituido por conjuntos múltiples de engranajes de acero, los engranajes transfieren el torque y la potencia al sistema de transmisión. Un conjunto de engranajes planetarios se compone de un engranaje central, un portaplanetario que sostiene engranajes planetarios que giran alrededor de un engranaje central y un engranaje exterior de dentado interior. Sujetando el engranaje, accionando un segundo y tomando potencia de un tercero los engranajes planetarios transfieren la potencia del motor a través del convertidor de torque, al tren de transmisión. Compacto, fuerte, con los dientes de los engranajes siempre en contacto, los planetarios pueden proporcionar eficientemente las relaciones de engrane necesarias para la marcha adelante, marcha atrás, reducción o sobremarcha.


Módulo Cinco EMBRAGUES DE FRICCION Y DISCOS DE TRANSMISION, son activados por el flujo y la presión del fluido para transmisiones automáticas, accionan o sujetan los conjuntos de engranajes y planetarios según sé requiera. Cada unidad de embrague se compone de múltiples discos de fricción y discos de reacción de acero, fijados con chavetas a los conjuntos de engranajes planetarios, bañados en fluido para transmisiones automáticas estos discos separados giran libremente; cuando sé embraga la unidad de embrague la presión hidráulica obliga a los discos de fricción y de acero a juntarse, haciendo girar efectivamente los discos, el cubo y la caja como una unidad, transfiriendo la potencia del motor a la marcha seleccionada. De manera similar las cintas que rodean los componentes de la transmisión sujetan o sueltan las unidades individuales dependiendo de la marcha que haya sido seleccionada por el operador. SISTEMA DE CONTROL HIDRAULICO, el operador selecciona una marcha al mover una palanca, esto hace que el fluido se desplace dentro de la unidad de válvulas de control de la transmisión. Las válvulas y resortes en el interior de la unidad, reaccionan a los cambios de presión causados por el flujo del fluido y embragan o desembragan, embragues y cintas para cambiar la transmisión a la marcha seleccionada. Al oprimir el operador el acelerador, hay sensores mecánicos o cada vez más frecuentemente, electrónicos que le indican a la transmisión cuando ejecutar el cambio de velocidad dentro del régimen de marcha seleccionada.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos FLUIDO PARA TRANSMISIONES AUTOMATICAS (ATF) Los ATF son utilizados en numerosas aplicaciones como en vehículos particulares y comerciales con transmisiones automáticas, equipos de construcción y minería, maquinaria agrícola, sistemas hidráulicos automotrices, industriales y marinos. Hay tres tipos de fluidos para transmisiones automáticas: - DEXRON III principalmente para transmisiones General Motors (GM). - MERCON para transmisiones Ford posteriores a 1981 -TIPO F (reúne la especificación Ford (M2C33F) para transmisiones Ford anteriores a 1978 y algunas anteriores a 1981. Los fluidos DEXRON-IIE fueron requeridos para transmisiones automáticas GM en enero de 1993 y fue reemplazada por la DEXRON III en 1995, esta especificación describe fluidos con desempeño mejorado de fricción y estabilidad térmica. Igualmente Ford revisó la especificación MERCON para sus transmisiones en 1994. La principal diferencia entre las especificaciones de los ATF son las características requeridas de fricción. Las aplicaciones inadecuadas de estos fluidos pueden conducir a daños en las transmisiones. Un ATF típico contiene aditivos antioxidantes,


Módulo Cinco antiespumantes, modificadores de viscosidad, antidesgaste, modificadores de fricción y modificadores de dilatación de los sellos.

Funciones de un ATF Las principales funciones de un fluido para transmisiones automáticas son: - Actuar como fluido hidráulico. - Lubricar engranajes y cojinetes. - Disipar eficazmente el calor. - Asegurar rendimiento de sellos y juntas. - Operar en un amplio rango de temperaturas. - Proteger contra la oxidación. - No ser corrosivo a ninguno de los elementos de la transmisión. - Poseer características especiales de fricción - Proteger contra el desgaste.



Módulo Cinco

REQUISITOS DE VISCOSIDAD DE LOS ATF Efecto sobre la transmisión por oxidación del aceite Aumento de viscosidad:

- Operación lenta

Rotura de cadenas carbonadas:

- Perdida de viscosidad - Degradación de elastómeros Formación de barros:

- Obturación de válvulas - Formación de ácidos - Corrosión Degradación de modificador de fricción:

- Pobre realización de cambios

Dexron-II V iscosidad, cSt

100 0c V iscosidad,Brookfield

100 0c

Dexron-IIE/III

6.8

6.8

50000

20000

Mercon

Nvo. Mercon

50000

20000

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos RESUMEN DE LA SECCION DOS Los fluidos hidráulicos deben poder: transmitir poder, lubricación, enfriar, proteger, sellar y ser filtrables. Los aceites minerales cumplen con estos requisitos. Un fluido hidráulico debe tener una compresibilidad baja. El aire atrapado puede aumentar la compresibilidad de un fluido hidráulico y causar movimientos irregulares y lentos, y sobrecalentamiento. Los fluidos hidráulicos deben entonces tener propiedades de buena liberación de aire y antiespuma. Desde el punto de vista de su capacidad para lubricar, la propiedad más importante de un aceite hidráulico es su viscosidad. El aceite debe ser suficientemente viscoso para lubricar la bomba del sistema eficientemente. Otra propiedad importante es: Un índice de viscosidad apropiado para que la viscosidad quede dentro de los limites aceptables sobre todo el rango de temperaturas de operación.


Módulo Cinco


SECCION TRES LIMPIEZA DE SISTEMAS HIDRAULICOS Y FLUIDOS DE LUBRICACION El mayor beneficio que un usuario de lubricantes desea obtener es la extensión de la vida útil de sus equipos por la reducción del desgaste en sus componentes. Hay muchas formas de lograr este objetivo, y una de ellas es la que será discutida en este artículo que trata sobre la contaminación del lubricante con partículas sólidas y la prevención del desgaste por esta causa. Las partículas presentes en un sistema son usualmente invisibles pero pueden causar su falla prematura. Los sistemas hidráulicos, en particular, imponen exigentes condiciones de limpieza para conservar y prolongar la vida útil de componentes tan sensibles como las servo-válvulas, motores/ bombas de paletas y pistones, y válvulas de control direccional y de presión. Las partículas sólidas pueden ingresar a un sistema a través de los sellos, ser atrapadas por los componentes durante los procesos de manufactura o reparación, ingresar por el sistema de admisión de aire o tubos de venteo, estar presentes en los tanques o entrar con el aceite.


Módulo Cinco Uno de los aspectos a considerar es que el fluido hidráulico nuevo cumpla los requerimientos de limpieza recomendados por los principales fabricantes de sistemas y componentes hidráulicos. No obstante, se han encontrado casos donde la cantidad de partículas en el aceite nuevo es inaceptablemente alta; esto debido a inadecuado mantenimiento del aceite base o pobres condiciones de almacenamiento del producto terminado o de sus componentes en las plantas de mezclado o en las instalaciones del usuario. Cuidado adicional debe tenerse para garantizar que hay dispersión completa de los aditivos antiespumante a partir de silicona en la base mineral. Los niveles de contaminación son medidos usando el código de limpieza universal ISO, el cual describimos en la página siguiente.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos ESTANDARES DE LIMPIEZA El código ISO de limpieza se construye a partir de la combinación de dos rangos de números seleccionados de la siguiente tabla. El primer número representa la cantidad de partículas por mililitro de fluido que es mayor a 5 micrones, y el segundo número representa la cantidad de partículas que son mayores a 15 micrones. Número de partículas

por mililitro de fluido

Número


Módulo Cinco CLASIFICACION NAS 1638 TAMAÑO

CLASE ( basada en limite máximo de contaminación ,partículas /100 mililitros

micrones

00

5-15

125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 32000 64000 128000 256000 512000 1024000

15-25

22

44

0

89

1

178

2

3

4

5

6

7

8

9

10

25-50

4

8

16

50-100

1

2

3

SOBRE 100

0

0

1

356

712

1425 2850 5700 11400 22800

32

63

126

253

505

1012 2025

6

11

22

45

90

180

360

1

2

4

8

16

32

64

11 91200

182400

4060

8100

16200

32400

720

1440

2880

5760

128

256

512

1024

Cuadro comparativo de diferentes códigos de limpieza

Más qué

Hasta (inclusive)

Rango

CODIGO ISO

CLASE NAS 1638

80000

180000

24

11/8

2

-

40000

80000

23

20000

40000

22

12/9

3

0

10000

20000

21

13/10

4

1

5000

10000

20

14/9

-

-

2500

5000

19

14/11

5

2

1300

2500

18

15/9

-

-

640

1300

17

15/10

-

-

320

640

16

15/12

6

3

160

320

15

16/10

-

-

80

160

14

40

80

13

16/11

-

-

20

40

12

16/13

7

4

10

20

11

17/11

-

-

5

10

10

17/14

8

5

2,5

5

9

18/12

-

-

1,3

2,5

8

18/13

-

-

18/15

9

6

19/13

-

-

19/16

10

-

20/13

-

-

20/17

11

-

21/14

-

-

21/18

12

-

22/15

-

-

23/17

-

-

Ejemplo: Si un fluido hidráulico tiene un código ISO 18/13 indica que hay entre 1300 y 2500 partículas de tamaño mayor a 5 micrones y entre 40 y 80 partículas de más de 15 micrones, por mililitro.

12

45600

CLASE SAE 749



Módulo Cinco

NIVELES DE LIMPIEZA PERMISIBLES POR SISTEMA Recomendación SHELL COLOMBIA S.A.

SISTEMA

CODIGO ISO 4406

Moldeo por inyección

16/11

Metalworking

16/11

Máquinas herramienta

15/9

Equipo de manejo mecánico

18/13

Equipo Móvil

18/11

Aviación

13/10

Instalaciones marinas

17/12

Aceite industrial sin uso

16/11

Motores Diesel

21/18

Rodamientos de bolas

15/13/11

Rodamientos de Rodillos

16/14/12

Rodamientos (Alta velocidad)

17/15/13

Rodamientos (Baja velocidad)

18/16/14

Cajas de Engranajes Industriales

17/15/13

Turbinas a gas (sistema de lubricación)

15/13/10

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos CODIGOS DE LIMPIEZA RECOMENDADOS POR VICKERS Vickers ha definido unos niveles de contaminación permisibles para las partes críticas de los sistemas hidráulicos dando condiciones de operación específicas. Nota: Este nivel de contaminación es válido para muestras de fluidos tomadas de un punto del sistema ubicado aguas arriba del filtro en la línea de retorno.

COMPONENTE


Módulo Cinco Presión <140 bar

Presión <210 bar

Presión >210 bar

BOMBAS Engranajes fijo

20/18/15

19/17/15

18/16/13

Paletas fijo

20/18/15

19/17/14

18/16/13

Pistón fijo

19/17/15

18/16/14

17/15/13

Paletas variable

19/17/15

18/16/14

17/15/13

Pistón variable

18/16/14

17/15/13

16/14/12

VALVULAS Direccional (solenoide)

20/18/15

19/17/14

Presión (modulación)

19/17/14

19/17/14

Control de flujo (standard)

19/17/14

19/17/14

Válvulas check

20/18/15

20/18/15

Cartridge

20/18/15

19/17/14

Screw-in

18/16/13

17/15/12

Válvulas Prefill

20/18/15

19/17/14

direccional sensor de carga

18/16/14

17/15/13

Control remoto hidráulico

18/16/13

17/15/12

Direccional proporcional (throttle)

18/16/13

17/15/12

Control de presión proporcio

18/16/13

17/15/12

Proporcional Cartridge

18/16/13

17/15/12

Proporcional Screw-in

20/18/15

17/15/12

Servo válvulas

16/14/11

15/13/10

ACTUADORES Cilindros

20/18/15

20/18/15

20/18/15

Motores de Paletas

20/18/15

19/17/14

18/16/13

Motores de Piston Axial

19/17/14

18/16/13

17/15/12

Motores de Engranajes

21/19/17

20/18/15

19/17/14

Motores de Pistón Radial

20/18/14

19/17/15

18/16/13

TRANSMISIONES

17/15/13

16/14/12

16/14/11

HIDROSTATICAS

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Los siguientes aspectos deben ser considerados para lograr un nivel objetivo de contaminación: 1. Usando los códigos de contaminación recomendados por Vickers, determine el código más bajo requerido por cualquier componente del sistema. Todos los componentes que emplean fluido de un tanque común deben considerarse parte de un mismo sistema, aún si las operaciones son independientes o secuenciales. La presión de operación del sistema es la máxima presión alcanzada por la máquina durante un ciclo completo de operación. 2. Para cualquier sistema donde el fluido no sea 100% mineral, establezca un nivel por debajo de contaminación para cada tamaño de partícula. Ej. : Si para un aceite mineral el menor código de limpieza requerido para un sistema era 17/15/13 y el sistema trabaja ahora con un fluido agua-glycol, el nuevo código de contaminación requerido es 16/ 14/12. 3. Si dos o más de las condiciones siguientes son experimentadas por el equipo o sistema, establezca un nivel menor de contaminación para cada tamaño de partícula. Operación intermitente con temperaturas de fluido sobre 71oC. Operación con alta vibración o altos choques. Sistema es crítico para un proceso.


Módulo Cinco La seguridad personal de los trabajadores podría correr riesgo a causa de un mal funcionamiento del sistema. Para el sistema arriba mencionado pero operando con temperaturas máximas de 75 oC y donde una falla podría ocasionar heridas al personal, el código a adoptar sería 15/13/11.



Módulo Cinco

METODO DE EXTENSION DE LA VIDA

Los siguientes cuadros permiten establecer los códigos ISO de limpieza requeridos para extender la vida de un sistema hidráulico, motor Diesel y Rodamientos. Por ejemplo, para un motor Diesel cuyo nivel de limpieza recomendado es 21/18 para cambio cada 6000 Km, es posible extender su vida útil o el período de cambio del aceite al doble (12000 Km) si adoptamos un nivel de limpieza de 18/15.

Factor de extensión de vida para rodamientos Life extension factor (LEF) Actual nivel de limpieza maquina (ISO)

Con base en el código ISO de limpieza recomendado para un fluido o sistema de lubricación y la selección adecuada de los sistemas de filtración instalados en un equipo determinado, es posible extender la vida útil de un componente, sistema, equipo y del mismo fluido.

2

4 21/18 20/17 19/16 18/15 17/14 16/13 '15/12 '14/11 '13/10 '12/9 '11/8

5 20/17 19/16 19/16 17/14 16/13 '15/12 '14/11 '13/10 '12/9 '12/9

6 20/17 19/16 18/15 17/14 16/13 '15/12 '13/10 '12/9 '11/8

7 19/16 18/15 17/14 16/13 '15/12 '14/11 '13/10 '12/9 '11/8

8 19/16 18/15 17/14 16/13 '14/11 '14/11 '13/10 '12/9

6

18/15

17/14

16/13

25/22

22/19

19/16

17/14

16/13

'15/12

24/21 23/20

21/18 20/17

18/15 17/14

17/14 16/13

16/13 '14/11

'15/12 '13/10

22/19

19/16

16/13

'15/12

'13/10

'12/9

21/18

18/15

'15/12

'14/11

'12/9

'11/8

20/17 19/16

17/14 16/13

'13/10 '12/9

'13/10 '13/10

'11/8

'11/8

'11/8

18/15

'15/12

17/14 16/13

'14/11 '13/10

'15/12

'12/9

'14/11

'11/8

'13/10 '12/9

'11/8 '11/8

7

8

9

10

Factor de extensión de vida para sistemas hidráulicos Life Extension Factor 9 18/15 17/14 16/13 '15/12 '14/11 '13/10 '12/9 '11/8

10 18/15 17/14 16/13 '15/12 '14/11 '13/10 '12/9 '11/8

Actual nivel de limpieza maquina (ISO)

Actual nivel de limpieza maquina (ISO)

3 22/19 21/18 20/17 19/16 18/15 17/14 16/13 '15/12 '14/11 '13/10 '12/9 '11/8

5

20/17

Life Extension factor (LEF) B 2 23/20 22/19 21/18 20/17 19/16 18/15 17/14 16/13 '15/12 '14/11 '13/10 '12/9 '11/8 '11/8 '11/8

4

23/20

Factor de extensión de vida para motores diesel A 26/23 25/22 24/21 23/20 22/19 21/18 20/17 19/16 18/15 17/14 16/13 '15/12 '14/11 '13/10 '12/9

3

26/23

.26/23 .25/22 .24/21 .23/20 .22/19 .21/18 .20/17 .19/16 .18/15 .17/14 .16/13 .15/12 .14/11 .13/10 .12/9

2 .23/21 .23/19 .21/18 .20/17 .19/16 .18/15 .17/14 .16/13 .15/12 .14/11 .13/10 .12/9 .11/8 .11/8 .11/8

3 .22/19 .21/18 .20/17 .19/16 .18/15 .17/14 .16/13 .15/12 .14/11 .13/10 .12/9 .11/8

4 .21/18 .20/17 .19/16 .18/15 .17/14 .16/13 .15/12 .14/11 .13/10 .12/9 .11/8

(LEF) - Hydraulic Systems

5 .20/17 .19/16 .19/15 .18/15 .17/14 .16/13 .15/12 .14/11 .13/10 .12/9 .12/8

6 .20/17 .19/15 .18/14 .17/13 .16/12 .15/11 .13/11 .13/9 .12/8 .11/8

7 .19/16 .18/15 .17/14 .16/13 .15/12 .14/11 .13/10 .12/9 .11/8

8 .19/16 .18/14 .17/13 .16/12 .14/11 .14/10 .13/9 .12/8

9 .18/15 .17/14 .16/13 .15/12 .14/11 .13/10 .12/9 .11/8

10 .18/15 .17/14 .16/13 .15/11 .14/10 .13/10 .12/8 .11/8

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos SELECCION DE UN NIVEL DE LIMPIEZA 1-Determinar el nivel de limpieza recomendado para el más sensible de los componentes del sistema. 2-Ajustar el código según el tipo de fluido. 3-Ajustar el código por factores externos que incrementan el esfuerzo sobre los componentes del sistema. Todo sistema debe tener previamente fijado un nivel de limpieza claramente especificado en la respectiva documentación de ingeniería de la máquina. Este nivel debe ser fijado después de considerar los componentes del sistema (incluyendo el fluido), La condición de operación típica y las temperaturas de arranque, el ciclo trabajo pesado y las indicaciones de seguridad y vida útil requerida por los sistemas. Como los niveles de limpieza varían de acuerdo con el punto del cual se obtenga la toma de muestra de fluido (por ej. , Depósito, línea de presión línea de retorno etc.), el nivel de limpieza asumido sé referencia en la línea de retorno arriba del filtro a menos que se especifique lo contrario. La siguiente tabla se ha preparado para ayudar a los ingenieros de mantenimiento para fijar el nivel de limpieza determinado. Los niveles de limpieza están basados sobre evaluaciones de ingeniería que incluyen los materiales y las tolerancias críticas en componentes hidráulicos y componentes de cojinetes cargados.


Módulo Cinco



Módulo Cinco

NIVELES DE LIMPIEZA SUGERIDOS PARA ALCANZAR BUENA VIDA DE LOS COMPONENTES (CIRCA 1.976) Esta gráfica asume que la viscosidad está dentro del rango recomendado.

Componentes muy sensibles

Sensibilidad media de componentes hidráulicos y bombas

Componentes de amplia tolerancia

Presión en Psi (Bar) 4500 psi (306)bar

3000psi (204)Bar

1500psi (102)Bar

15/13/9

16/14/10

17/15/11 18/16/12 19/17/13 20/16/14

21/19/15 22/209/16

23/21/17

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos NIVELES DE CONTAMINACION Los componentes hidráulicos se manufacturan para altos estándares maximizando los niveles de contaminación tolerables. Estas recomendaciones son más valiosas que las recomendaciones tradicionales o sea el foco puesto sobre la máxima suciedad permitida en lugar de los niveles de limpieza necesarios para llevar a cabo una operación libre de problemas.

CONSTRUCCION DE LOS FILTROS TIPO V-PACK Malla 304 en acero inoxidable

Fold difusor sintético no ondulada

Microfibra de vidrio media con resina de pegado

Malla 304 en acero inoxidable

Fold Difusor no sintético no ondulado de drenaje


Módulo Cinco COMO CONSEGUIR UN NIVEL DE LIMPIEZA DETERMINADO Hay cuatro factores primordiales para obtener los niveles requeridos de limpieza de un fluido hidráulico o de un sistema de lubricación. Ellos son: 1. Eficiencia inicial del elemento filtrante. 2. Eficiencia del elemento filtrante bajo las tensiones del sistema. 3. Localización y tamaño de los dispositivos de control de contaminación en el sistema. 4. Vida útil del elemento filtrante. La norma ISO 4572 establece las directrices para el “Multipass Filter Perfomance Beta Test”. Los resultados de este test son reportados como la relación entre el número de partículas mayores de un tamaño dado, aguas arriba (antes) del filtro en prueba, dividido por número de partículas del mismo tamaño aguas abajo (después) del filtro en prueba. Esta relación es conocida como “Relación Beta o Relación de Filtración”.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Relaciones Beta y sus eficiencias correspondientes Filtros con Bx = 100 que proveen un 99% de eficiencia han demostrado en pruebas de campo que mantienen excelente control de partículas de un tamaño en específico ó mayor.

Relación Beta

Eficiencia

1

0%

2

50%

5

80%

10

90%

20

95%

75

98.7%

100

99%

200

99.5%

1000

99.9%

5000

99.98%


Módulo Cinco

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos GRADOS DE FILTRACION Y DE FILTROS Filtración nominal Es un valor micrométrico arbitrario indicado por el fabricante del filtro. Debido a la pérdida de reproducibilidad este es normalmente despreciado.

Filtración absoluta Es el valor correspondiente al tamaño esferoidal de partícula más grande que puede pasar a través de un filtro bajo condiciones de prueba. Es una indicación de la más grande apertura en un elemento filtrante.

Relación de filtración (Bn) Es la relación del número de partículas más grandes obtenidas en muestreo antes del filtro (upstream) dividido por el tamaño más grande de partículas obtenido en muestreo después del filtro (downstream). La meta es alcanzar la limpieza apropiada del fluido y no el implementar una filtración con la más alta relación de filtración Bn. Por lo tanto la información más importante necesitada por un diseñador ó usuario de un sistema hidráulico es el sistema de limpieza que espera se mantenga cuando el filtro y el medio son apropiadamente instalados en el sistema.


Módulo Cinco Cada grado de filtros tipo V-PaK de alta eficiencia son previamente probados y clasificados de acierto con los resultados en un nivel del sistema de limpieza que se espera ha de ser alcanzado con el uso de ese filtro. Las Asunciones detrás de estas clasificaciones de limpieza son: 1)El filtro ve por todo el flujo de fluido del sistema. 2)El filtro es el filtro primario del sistema. 3)Los respiraderos a lo largo del sistema con un razonable nivel de mantenimiento de partículas se limitará el ingreso de la suciedad desde la atmósfera.



LIMITES DE CORRELACION ENTRE “BETA” Y SISTEMAS DE LIMPIEZA Y “CAPACIDAD DE SUCIEDAD” Y VIDA DE SERVICIO.

exacta reproducibilidad frente a las condiciones de fatiga bajo condiciones reales dado el desconocimiento que se tiene sobre como el elemento filtrante se envejece al final de su vida útil.

Procedimiento Laboratorio

Mundo Real

Un incremento gradual

Miles de cambios

Ciclos de Fatiga

Uno

Millones

Envejecimiento del elemento

Minutos

Meses

Elevación de Presión

Vida del elemento

Una hora

800 horas

Contamiante

Prueba de Polvo Fino

Pátículas, agua, gas

Cambio del esfuerzo

Constante

Siempre cambiante

Fluido Usado

MIL 5606

Una amplia variedad

Temperatura Flujo

100°F Sin pulsaciones

-20°F a 200 °F Miles de cambios

Uno de los mayores problemas en la correlación de las pruebas multipaso para él la limpieza del fluido en condiciones real es que bajo condiciones reales el elemento es sometido a grandes esfuerzos. En sistemas activos, los cambios de flujo (a menudo muchos por minuto), presiones pulsantes (cintos por minuto), choques por ondas de descompresión, arranques en frío entre otras variables que contribuyen con la degradación del desempeño esperado por un filtro. En cambio en las pruebas de laboratorio tipo multipaso el elemento filtrante es sometido al incremento gradual de presión como carga del elemento. En cuanto a las pruebas de fatiga del elemento según prueba (ISO 3724) estas no reflejan una

Módulo Cinco

De manera práctica la mejor forma de identificar un buen filtro es realizándole un sencillo chequeo a su construcción y constitución, observando si, sus pliegues están bien soportados? Si estos se flexionan al someterlos bajo la presión de la mano?.. Ningún elemento que falle ante estos simples chequeos mantendrá la eficiencia e integridad durante servicio y por lo tanto mucho menos alcanzará en servicio el nivel de limpieza objetivo. Adicionalmente, mirar en el paquete de construcción de la malla de acero en alambre ya que mantiene el pliegue aún bajo flexión y le brinda al filtro medio de soporte para mantenerse de fallas debido a la fatiga. La malla de alambre del filtro aguas abajo (después del filtro), también presta función como la última protección en caso de un inesperado sobre esfuerzo que pueda causar ruptura al medio ó la mitad del elemento.



Módulo Cinco

SISTEMA V-PAK DEL SISTEMA DE LIMPIEZA CODIGO

NUMERO DE VECES QUE EL FLUJO NIVEL TIPICO DE LIMPIEZA DE LA BOMBA PASA A TRAVES DEL CONSEGUIDO SEGUN ISO 4406 (Nota FILTRO (Vease Nota 1) 2)

03

2.0 1.5 1.0 .5 2.0 1.5 1.0 .5 2.0 1.5 1.0 .5

05

10

14/12/10 15/13/11 16/14/12 17/15/13 16/14/12 17/15/13 18/16/14 19/17/15 18/16/14 19/17/14 20/18/15 21/19/16

Sistema de Flujo/ Número de pasos a través del filtro

Típicos emplazamientos del filtro

2.0

Flujo total en línea de presión y retorno

1.5

Flujo total en línea de presión y retorno y línea de recirculación

1.0

Flujo total en línea de presión ó de retorno

.5

Circulación de la medida de la línea de recirculación a 15% del volumen del sistema por minuto

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Los niveles de limpieza conseguidos están afectados por % del flujo del sistema que pasa a través de los filtros, el alojamiento integro del filtro y las velocidades de ingreso de contaminantes junto con el desempeño del elemento.


Módulo Cinco Los elementos filtrantes sin malla en alambre aguas abajo (downstream) ó sea después del filtro no son recomendados para ser empleados en sistemas hidráulicos ó de lubricación que se encuentren sometidos a mediano esfuerzo (Véase diagrama de desempeño al banco de prueba del filtro multipaso).

DIAGRAMA DEL BANCO DE PRUEBA DE DESEMPEÑO DEL FILTRO MULTIPASO

Fuente de con- Recirculación estándar taminante del fluido de prueba fresco-Slurry

Contador de Partículas Aguas arriba

Filtro de Prueba

Contador de partículas Aguas Abajo

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos CAMBIOS ESTRUCTURALES DEL FILTRO POR EL FLUJO O LA PRESION No hay Flujo

Dirección del Flujo

Alto esfuerzo bajo condiciones de alto flujo causa deformación en el pliegue

Media del filtro


Módulo Cinco MATRIZ DE ROMPIMIENTO DE LOS FILTROS Sin un soporte propicio , las fibras formando la capa media pueden deformarce permitiendo paso de contaminantes a través del filtro

La fatiga por flujo comúnmente causa fallas en la raíz del pliegue

En los elementos pobremente soportados, los cambios de flujo y la caída de presión causa a los flexión a los lados del elemento y estrechez en la raíz, dando una elevación al esfuerzo de fatiga.

Matriz de fibra soportada después de esfuerzos repetidos

La capacidad de retener contaminantes es también perdida en la misma magnitud en que se generan áreas donde no hay flujo. Es importante tomar en cuenta que el costo relativamente mas alto que conlleva la malla de acero ha engañado a algunos fabricantes de filtros que buscan substitutos más baratos sin cumplir las exigencias que demandan los esfuerzos bajo condiciones de trabajo real y última oportunidad de protección, como se observa en la matriz de rompimiento

Matriz de fibra inadecuadamente soportada después de esfuerzos repetidos



Módulo Cinco

MONTAJES DE FILTROS SEGUN EL NIVEL DE LIMPIEZA REQUERIDO

14/12/10

03

03

03

15/13/11

03

03

05

16/14/12

03

05

05

05

03

17/15/13

03

05

05

05 o 10

03

03

18/16/14

05

10

05 o 10

10

05

03

10

10

10

19/17/15

05 o 10 Línea de Presión ó línea de retorno a flujo total

05 o 10

Línea de Presión ó línea de retorno a flujo total

Línea de Presión y recirculación a 20 % del volumen del sistema por minuto

Línea de Presión + línea de retorno + recirculación.

Montaje de filtros recomendado para altos caudales a un flujo fijo de bombeo

recomendado para sistemas con flujos Montaje de filtros Montaje de variables de bombeo

recomendado para altos caudades con flujo variable de bombeo Montaje filtros

05 Recirculación a 20% del volumen del sistema por minuto

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos MONTAJE Y UBICACION DE LOS COMPONENTES PARA CONTROL DE CONTAMINACION En sistemas hidráulicos de circuito abierto Los posicionamientos de filtros dentro sistemas hidráulicos pueden ser clasificados mediante tres funciones que pueden desempeñar y estas son: Prevención de Ingreso, Sistema de Mantenimiento del Nivel de Limpi eza y Aislamiento de Componentes.


Módulo Cinco FILTRO EN LINEA DE PRESION Al sistema Válvula antiretorno

Válvula de Alivio

Filtro en la línea de presión

Prevención de ingreso:

Todo el aire que entra al depósito de aceite debe ser filtrado. Remover la suciedad del aire es muchas veces más fácil que removerla del aceite por lo tanto lo primero que se debe confirmar es que el depósito de aceite está completamente sellado y que las únicas vías de intercambio de aire a este son a través de filtros de aire de suficientemente tamaño y que sean capaces de extraer partículas de 3micrones ó más del aire lo que es lograble utilizando filtros V-Pak grado 10. En cuanto al fluido del sistema debería pasarse a través de un filtro de alta eficiencia tio V-Pak grado 05, antes de ser suministrado al sistema. Esto es a menudo cumplido mediante un Equipo Portátil de Transferencia, que cuenta con un filtro ubicado aguas abajo de la bomba, que se conecta por medio de un acople rápido cuya mitad se haya montada en el depósito y la otra mitad en la descarga

Bomba

TANQUE

permitiendo que el fluido sea bombeado dentro del depósito a presión. Un plan alternativo es contar con un procedimiento que haga pasar el fluido de llenado a través del filtro de la línea de retorno para entrar en el sistema. Una tercera alternativa es el utilizar la bomba de recirculación como bomba de llenado con el filtro en el circuito de renovación para limpiar el aceite nuevo.



MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE LIMPIEZA

directamente aguas abajo de cualquier bomba, de volumen fijo operando arriba de 2175 Psi (150 bar) y cualquier bomba de volumen variable operando arriba de 1450 Psi (100 bar). El grupo de elementos rotatorios de una bomba tiene una combinación de superficies de contacto deslizante y de rodamiento que son forzados por la alta presión ó el cambio de la presión de operación.

Hay tres sitios principales en un circuito donde los filtros de control de contaminación deberían ser localizados: Líneas de Presión, Líneas de Retorno ó el Circuito de recirculación. El Filtro de la línea de presión deberá ser montado

Módulo Cinco

FILTRACION EN LAS LINEAS DE PRESION Y RETORNO

A

B

A

A P

B T

P

B A

P T

A B

T P

B A T

P T

A B

P

T

B A

P T P T

Ciclo de trabajo pesado. Ciclo de trabajo pesado. Sistema continuamente sobre cargado Sistema continuamente cargado con frecuente operación desobre actuadores con frecuente operación de actuadores Filtro Bypass Filtro aBypass Tarado un Tarado a un delta= 5 Bar delta= 5 Bar Salida de la Salida bomba a de la 30bomba L/min a 30 L/min

Filtro Bypass Filtro aBypass Tarado un Tarado Bar a un delta=3,5 delta=3,5 Bar

M M TANQUE TANQUE

B



Módulo Cinco

Por lo tanto cuando una bomba opera siempre produce partículas de desgaste. Para sistemas con servo ó válvulas proporcionales el filtro de la línea de presión alta siempre es usado de acuerdo con el tipo de bomba ó presión de operación. La presión de la línea del filtrado debe estar considerando, el equipo de control de contaminación del

sistema total, solo si atiende el flujo máximo de la bomba durante más del 60% del ciclo de trabajo pesado de la máquina. Si ningún filtro de retorno adicionalmente utilizado el diagrama de montaje de Filtración en las Líneas de Presión y Retorno admite el retorno de la suciedad desde el sistema al paso de la bomba, por lo tanto causando el incremento del desgaste en la bomba antes que la suciedad sea retirada.

SISTEMA DE FILTRACION FUERA DE LINEA

A

P

B

A

T

P

B

T

A

P

B

T

Tara del filtro Delta de Presión = 2,5 bar, Bypass Delta de Presión = 3,5 bar Bomba fuera de línea con 56 L/min

M

M

TANQUE Capacidad 220 L

Ciclo pesado:Bomba sobre cargada cumpliendo la demanda de flujo con control de presión compensada

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos La línea de retorno es una excelente localización para el filtro de control de contaminación del sistema principal tan grande como este pueda admitir como mínimo el 20% de le volumen del sistema por cada minuto. En casos donde el flujo de la línea de retorno es menos del 20% mínimo (Perío-


Módulo Cinco dos de operación con bomba en compensación), una bomba y filtro suplementario de recirculación deben ser diseñados dentro del sistema. A menudo sistemas que necesitan filtros de recirculación también necesitan un circuito de

FILTRACION EN LA LINEA DE RETORNO

Línea del actuador A

B

AREGLO BASICO EN LA LINEA DE RETORNO

Válvula direccional P

T

Válvula de alivio

Filtro en la línea de retorno

M TANQUE

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos salida de enfriado; ambas necesidades pueden ser cumplidas por medio de una sencilla motobomba con el filtro aguas arriba del el enfriador. La amplificación del flujo puede causar problemas para los filtros en la línea de retorno, cilindros con una relación de 2:1 ó mayor de área diferencial entre el área del pistón y el área del pistón del lado del vástago significan que durante parte de la conducción de flujo del ciclo de trabajo de la máquina pueden requerir 2 veces el flujo de bomba o más. En sistemas con muy altos flujos ó flujos severamente pulsantes, los filtros del circuito de recirculación son a menudo la mejor elección.


Módulo Cinco



Módulo Cinco

Aislamiento de un componente Los filtros para componentes aislados deben ser considerados por sistemas ó máquinas a proteger aguas abajo en el evento de una falla de bomba ú otro componente mayor. Adicionalmente ciertos componentes requieren una dedicada protección

basada en sus tolerancias de diseño ó la exactitud de sus perfiles. Sin embargo una falla principal puede causar una falla secundaria con inaceptables consecuencias por tal motivo un filtro aislado, malla ó trampa especial deberá ser colocada aguas arriba de este

FILTRADO EN LINEA DE PRESION Al sistema Presión en la línea del filtro fijada en el By Pass = 5 bar

Válvula de alivio

FILTRACION EN LA LINEA DE PRESION CON BOMBA FIJADA Y FILTRO SIN BYPASS

Bomba

TANQUE

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos componente. Como desde luego las bombas tienen vida finita y cuando ellas fallan las partículas viajan aguas abajo a las válvulas por tal motivo una malla ó trampa en línea debe ser colocada a la cabeza de cualquier válvula que sea considerada funcionalmente crítica para el sistema. (Los Servos y Válvulas proporcionales con carretes de arrastre tipo cero, estos carretes tienen finas tolerancias para modular la reacción en los pequeños cambios de flujo de las líneas piloto ó las fuerzas de los selenoides proporcionales. Aún pequeñas cantidades de silica pueden causar la degradación de la operación. Válvulas individuales ó bancos de válvulas deben ser aislados con un filtro sin By-pass que protege estos componentes de silicas, partículas ó desprendimientos que pudieran entrar dentro del sistema durante el mantenimiento de otros componentes. Para servos grandes ó válvulas proporcionales con flujo piloto externo, un más pequeño, menos costoso filtro sin By-pass (1) puede ser instalado en la línea piloto mientras la válvula principal es protegida por el sistema de filtro (2). El filtro (3) es una colocación opcional. Un error común que debiera ser evitado es el de seleccionar un filtro de componente aislado más fino que el sistema de filtro. Esto forza el filtro aislado a desempeñar la función principal de limpieza del sistema lo cual resulta en una muy corta vida del elemento. Una colocación no recomendada para la ubicación del filtro es en el flujo de drenaje de la carcaza de bombas de circuito abierto ó cerrado. Los sellos del eje en todas las bombas deben mantener un


Módulo Cinco sellamiento de pérdida a cero a muy bajas condiciones de presión diferencial. Estos sellos experimentan un acelerado desgaste siempre y cuando una presión de retorno adicional sea adicionada a la carcaza de la bomba. Si un filtro está siendo considerado en una aplicación de drenaje de carcaza deberá ser revisado con consideración del efecto que este traerá a la vida del sello del eje.



Módulo Cinco

CIRCUITO CERRADO DE TRANSMISION HIDROSTATICA

Dirección primaria del flujo

Paquete de válvulas del motor 2

M 1

M TANQUE

1.Línea de filtración fuera como operación de filtrado principal 2.Filtro de alta eficiencia sobre cambio de flujo



Módulo Cinco

FILTRO SIN BYPASS ADELANTE DE LA SERVO VALVULA

A

X

Filtro sin By-pass en la línea piloto de la servoválvula

P

B

A

T

X

Y

P

B

T

Y

T

Desde Otras Funciones 1 3 Filtro sin Bypass en la línea de presión hacia la servo válvula

Hacia Otras Funciones P

2 Bomba

M

TANQUE

Filtro de la línea retorno para sistema control contaminación.

NOTA: El filtro de la línea de retorno deberá ser tan fino como el mas fino de los filtros sin By-Pass.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Sistemas hidráulicos de circuito cerrado Los niveles de limpieza significativos a un largo plazo de sistemas de hidráulicos de circuito cerrado son dependientes de los niveles de limpieza del circuito interno. Normalmente un filtro de alta eficiencia en la línea de operación mantendrá los niveles de limpieza requeridos. Pero para transmisiones hidrostáticas funcionando dentro ó cerca de sus presiones máximas, los filtros dentro del circuito con válvula de reversa de son los recomendados. Estos filtros pueden también proteger al motor en caso de una falla catastrófica de la bomba, para su montaje se debe tomar en cuenta el porcentaje de tiempo de la transmisión funcionando en cada sentido cuando colocamos el filtro. Para operación bidireccional con aproximadamente 50% del ciclo de trabajo en cada dirección, dos carcazas de filtros deberán ser usadas.


Módulo Cinco

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Sistemas de lubricación centralizada Hay dos localizaciones para filtros en un sistema de circulación; Línea de presión y circuito de recirculación. Para operación en línea de presión,


Módulo Cinco el filtro deberá sé dual para permitir el recambio del elemento mientras el sistema sigue operando. Los filtros en el circuito de recirculación son excelentes (Por aplicación y ubicación) son tan grandes como es el 50% de flujo de bomba principal.

SISTEMA CENTRAL DE LUBRICACION Hacia los cojinetes Desde los cojinetes

Sistema de lubricación central filtros dúplex y un circuito de reecirculación para enfriamiento y filtración

Válvula de Alivio

Filtro

Bomba

M

M Enfriador

TANQUE



Módulo Cinco

INDICADORES DE CONDICION DEL FILTRO

Presión diferencial a través del elemento

DIFERENCIAL DE ELEVACION DE PRESION POR CARGA DE SUCIEDAD

Presión de rompimiento válvula Bypass

Indicador

Presión del elemento nuevo Caída de presión

Tiempo de Servicio (Incremento de la carga de suciedad) Aproximadamente 5% de la vida de servicio del elemento

Después de que los filtros son colocados dentro del sistema se va a considerar por parte del usuario el cómo va a saber cuando se deben cambiar. Bajo los estándares de la norma DIN 24550 se tiene montados todos los filtros con un sistema diferencial de presión que da una fácil lectura de

indicación de cambio. La mayoría de los indicadores están diseñados para indicar cuando el 95% de la vida del elemento ha sido usada. Esta indicación fue incorporada para admitir operación segura de la máquina hasta el siguiente cambio u oportunidad de mantenimiento oportuna.



Módulo Cinco

Pulgadas (cm aprox )

Lóngitud del Elemento

Filtro Básico

Número del Modelo

Posibilidad de Colapso

Clasificada PSID ( Dif BAR)

Aplicación

(Vease según código )

en PSI (BAR)

Presión de Operación

COMO SELECCIONAR FILTRO DE LALA MEDIDA CORRECTA COMO SELECCIONAR ELELFILTRO DE MEDIDA CORRECTA

Máx . DIF de flujo*GPM(LPM) 150 SUS (32cSt)a100°F(38°C)

25 6000 (414)

PL

PL

(95)

50

(190) 75

(284) 100

(379) 125

(473) 150

(568)

50 (190) 100

(379) 150

(568) 200

(757) 250

(946) 300

(1136)

4 (10) 150 (10)

8 (20)

& 3500 (241)

4 (10) 8 (20) 13 (32) 16 (40)

3000 (207)

PL

300 (21)

4 (10)

PL

& 4500 (310)

4 (10)

150 (10) & 3200 (207)

4 (10)

PL

600 (41)

RL & CP

150 (10) & 600 (41)

400 (28) RL & L

RL & L

150 (10)

8 (20)

8 (20) 4 (10) 8 (20)

8 (20) 16 (40) 39 (97) 16 (40) 39 (97)

** ***

*NOTA: La máxima rata ó cambio de flujo está basada en un elemento filtrante V-Pak (Código 05) 5 micrones y grado de colapso estandar del elemento. Elemento V-Pak más finos ó de más altos grados de colapso afec tan la rata ó cambio máximo admisible de flujo. NOTAS DE APLICACIONES: PL=Linea de Presión; RL&CP=Linea de retorno & Carga de la Bomba, RL&L= Linea de retorno & Lubricación ** Cambio de Presión= 1.5 bar, ***Cambio de presión = 1.9 bar El óptimo uso del filtro completo se representa: Presión del elemento alta a un diferencial de P=1.0bar Presión del elemento baja a un diferencial de P=0.5bar

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos LAVADO DE SISTEMAS NUEVOS O RECONSTRUIDOS El momento más crítico en la vida de un sistema hidráulico ó de circulación es el período inicial ó de despegue. Durante este tiempo muchas de las partículas en los componentes y algunas otras adicionadas durante el proceso de ensamble son lavadas a través del sistema. Es crítico el que esta contaminación sea capturado y retirada fuera del sistema mientras este se encuentra aún sin entrar a soportar cargas de servicio ó trabajo.

Sistema de lavado Hay tres pasos para un proceso de lavado. Primero, la máquina debe ser alimentada con el fluido del sistema a través de todas las líneas y componentes. Segundo, este proceso debe desalojar la mugre desde todos los componentes y líneas, y tercero, los contaminantes deben ser capturados un filtro altamente eficiente. Para desalojar y transportar suciedad es lo más aconsejable el usar un fluido de baja viscosidad viajando a una alta velocidad de línea. El fluido de lavado especial puede ser usado así como también puede ser usado el fluido hidráulico del sistema pero a una mayor temperatura. Para conseguir flujo a través de todas las válvulas, accesorios y líneas debe ser operado muchas veces. En algunos casos son necesarias líneas que son conectadas alrededor de un componente para permitir elevadas velocidades de flujo del fluido a través de la línea. La captura de partículas a lavar para obtener un nivel de limpieza


Módulo Cinco 16/14/11 de una forma razonablemente rápida es mejormente cumplido usando un filtro medio tipo V-Pak “05”. Este filtro en la marca Vickers ostenta una combinación de alta eficiencia y alta capacidad necesarias para conseguir un exitoso lavado. El nivel de limpieza objetivo para el lavado deben ser dos códigos ISO menor que el nivel objetivo de limpieza para la operación del sistema. Cuando el aceite nuevo es introducido dentro de un sistema debidamente lavado, menos tiempo y vida del elemento del filtro serán consumidos hasta alcanzar el equilibrio del sistema.



VIDA DE SERVICIO DEL ELEMENTO

micras) que remueven la suciedad antes de que esta entre al sistema. Los puertos de acceso y puertas se les debe mantener para que la suciedad no sea arrastrada hacía el interior del sistema. Vástagos de cilindros que extienden hacia dentro la contaminación arrastrada por el medio ambiente deben ser protegidos con guardapolvos que minimicen el que la suciedad sea arrastrado dentro del sistema.

VIDA DE SERVICIO DEL ELEMENTO Vs AREA DEL ELEMENTO 11

Relación del incremento en la vida de servicio

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1

2

3

4

5

6

7

8

Relación del incremento del área del filtro

Como en cualquier aspecto del diseño de la máquina o mantenimiento, costo de instalación y operación este también es un aspecto de mucho interés. Para filtros, el tiempo de duración hasta el final de la vida de servicio del elemento Vs el costo inicial de ese elemento se combina para determinar la economía de utilizar ese producto. El más importante aspecto de ganar una larga vida de servicio del elemento es el minimizar el riesgo de ingreso de contaminantes. Los depósitos necesitan ser llenados con filtros de venteo (<ó= 3

Módulo Cinco

El segundo aspecto en importancia para la vida de servicio larga es mantener líos niveles de limpieza del fluido en un objetivo menor. Períodos de operación de la máquina con fluido sucio causan un acelerado desgaste interno. (Es importante que las partículas sean capturadas para salvar el sistema, pero hace costosa la parte del elemento de su vida de servicio). Siempre cambiar un elemento según indicación y cuidando el usar elementos genuinos del fabricante del sistema por que su desempeño es consistente y superior bajo esfuerzo. La tercera consideración es una prolongada vida de servicio del elemento ó la “Capacidad de Suciedad” del elemento. Este valor es calculado como parte de la prueba de eficiencia al banco. Por que hay muchas diferencias con las condiciones de prueba (Prueba de Suciedad Fina (ACFTD) contaminación, alcanzando una sola presión, etc.) y la operación real del sistema, valores de capacidad de suciedad diferentes no correlacionando bien los cambios en la vida de servicio del elemento. La capacidad de suciedad del elemento solo puede ser usada para comparar elementos bajo muy

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos específicas condiciones de laboratorio y como resultado los valores de capacidad de suciedad obtenidos deben ser usados como información general en lugar unos datos específicos de comparación. Los ensambles tipo Vicker de construcción multicapas en V-Pak proveen un esfuerzo adicional ó capacidad extra de desempeño superior en general. Algunos elementos filtrantes pueden brindar una importante capacidad de suciedad bajo condiciones de laboratorio pero en experiencias dentro de operaciones reales de un sistema no incrementan la vida de servicio. Un frecuente aspecto que se ha observado es que la capacidad de suciedad y vida de servicio es el efecto del área del elemento de “x” área con un elemento de “2x” área, sobre lo cual uno esperaría que la vida se incrementara al doble, pero en la operación real de un sistema la extensión de la vida de uso es de 2.5 a 3.5 veces. Esto es por que la densidad de flujo reducido a través de la unidad de área media permite una más efectiva captura de contaminantes. Elementos más grandes son la mejor aproximación del costo efectivo en el control de contaminación desde la óptica de costos de operación.


Módulo Cinco



MONITOREO Y CONFIRMACION DEL LOGRO DEL NIVEL DE LIMPIEZA OBJETIVO

minación y la sistematización del control de contaminación por partículas y así evitando los altos costos de reemplazo y deshecho de fluidos envejecidos.

Cada vez que un nivel limpieza objetivo ha sido fijado y los filtros han sido seleccionados y colocados dentro del sistema el último y por consiguiente paso es el de confirmar y monitorear que el nivel de limpieza objetivo ha sido conseguido. La mejor forma de confirmar si este nivel objetivo de limpieza está siendo alcanzado es tomando una muestra representativa de la línea de retorno adelante del filtro y enviarla a un laboratorio calificado para que se obtenga el reporte de conteo de partículas según método ISO 4406 (modificado el cual incluye conteo de partículas de 2 micras). Estos laboratorios reportan los niveles de limpieza con tres rangos de códigos correspondientes a 2 micras, 5 micras, 15 micras. Con esta información es posible determinar que el sistema hidráulico ó de lubricación tiene el fluido limpio según se necesite para garantizar una prolongada operación confiable. El creciente y continuado desarrollo de las ciencias ambientales han dado como resultado las normas concernientes al deshecho y manejo de los aceites usados de sistemas hidráulicos y de lubricación. Los usuarios de productos provenientes del petróleo han descubierto el ventajoso costo efectivo de extender la vida de uso del aceite entre 4 a 6 veces el tiempo a través de la implementación de un mejor control de conta-

Módulo Cinco

Como tomar una muestra representativa Generalmente el lugar correcto de toma es en la línea de retorno directamente adelante del filtro. Es un buen diseño de sistema el instalar en este sitio una válvula de muestreo. Localización alternativa para muestreos es tomarla directamente del depósito del fluido utilizando un kit muestreador por bomba de vacío, orientando la manguera muestreadora totalmente limpia hacia la línea de presión aguas abajo de la bomba. Bajo este muestreo debe garantizarce el que la manguera muestreadora sea sumergido la mitad de la altura del depósito dentro del fluido y así evitar que la muestra contenga los sedimentos del fondo del depósito que pueden causar un muestreo no representativo. En todas las situaciones de muestreo es imperativo que el sistema esté operando ó esté justamente recién apagado para cuando la muestra es tomada. Esto garantiza que el fluido se encuentre turbulento y que la contaminación en ese sistema esté circulando y disponible a ser capturada en la misma botella.

Lubricantes para Sistemas Hidráulicos Cada vez que el nivel de limpieza ha sido conseguido y confirmado, prácticas normales de mantenimiento dictan que se debe remuestrear dentro de intervalos regulares para reconfirmar que el apropiado nivel de limpieza del sistema está siendo mantenido. Si se incrementan los valores codificados de nivel de limpieza, significa que el sistema está funcionando más sucio de lo que debiera y por lo tanto la primera cosa que hay que inspeccionar es si nueva contaminación está entrando al sistema. Inspeccionar para estar seguros de que todas las puertas de acceso están cerradas y que los filtros de venteo están montados y operando. La siguiente inspección es la de confirmar si los filtros de fluido no están en Bypass ante lo cual y si esto está sucediendo se deben cambiar y por último puede ser necesario el adicionar un filtro al sistema. Ante la última situación la solución más común es la de adicionar un circuito de recirculación (Bomba, motor y filtro) al depósito de aceite. Después de cualquier cambio por mantenimiento del sistema, una muestra debería ser tomada para confirmar que el nivel de limpieza está siendo mantenido.


Módulo Cinco MANTENIMIENTO PROACTIVO Es él más reciente concepto que se haya incorporado dentro de la ciencia del mantenimiento y una parte importante de este es el control sistematizado de contaminación que se ayuda en los sensores colocados en el flujo del fluido que permiten con sus señales al ser combinadas con un computador analizador el hacer un diagnóstico del estado acerca de la salud operacional de la máquina. Este concepto promete el incremento en la confiabilidad del fluido de potencia y el aceite de lubricación de equipos. Para cualquier consideración adicional de mejoramiento de un diseño del sistema del fluido hidráulico o del sistema de lubricación de la máquina se puede solicitar la ayuda del fabricante de los equipos a través de sus diferentes representaciones.

Grasas Contenido


Módulo Seis Aplicaciones delicadas

Prefacio

Biodegradabilidad

Diseño de cojinetes - Lubricación

Responsabilidad global

Cojinetes planos

Pruebas de grasas

Cojinetes con elementos rodantes

Guía para pruebas comunes

Composición y características de las grasas

Requerimientos siderúrgicos

Componentes estructurales de la grasa

Especificaciones federales: grasas industriales y de uso general

Aceites base Agentes espesantes con base en jabón Espesantes con base en jabones complejos Espesantes orgánicos Espesantes inorgánicos

Especificaciones militares

Probador Shell de grasas para determinar por correlación las diferentes fricciones FHD y EHD

Aditivos

Consideraciones previas

Propiedades de las grasas

Demostración - Caso que presenta condiciones reales vehículo vs. prototipo e igual ecuación de régimen ZN/P=2.09"

Consistencia Estabilidad mecánica Separación de aceite

Reproducibilidad caso real del régimen EHD del caso ejemplo a través del probador

Compatibilidad

Bench Marking a través del probador Grasas MP

Criterio de selección de la grasa

Análisis de fricción bajo criterio líquido

Usos múltiples Requerimientos automotrices

Conclusiones

Aplicaciones en acerías

Guía de compabilidad agentes espesantes

Métodos de aplicación de la grasa

Guía esencial de grasas Shell

Consideraciones sobre medio ambiente

Viscosidades lubricantes minerales

Grasas


Módulo Seis PREFACIO Adicional a la descripción de los aspectos básicos de las formulaciones de grasas y sus usos, usted encontrará una refencia a los estándares mundiales y a las pautas de fabricación, prueba y uso de estos productos. Una discusión de la naturaleza del mercado global de grasas da una perspectiva practica a las secciones más técnicas, al igual que un repaso de las consideraciones ambientales y su impacto en la industria. El reto de la industria de grasas y las demás industrias de lubricantes / lubricación es el de evolucionar de una manera ambientalmente responsable.

Grasas


Módulo Seis

DISEÑO DE COJINETES LUBRICACION

cojinetes radiales. Cualquiera de estos tipos de cojinetes que soportan pesos paralelos a sus ejes de rotación se denominan cojinetes de empuje.

Los componentes de la maquinaria industrial que necesitan grasa lubricante incluyen: cojinetes, acoplamientos, transmisiones abiertas, y una variedad de otras partes móviles.

Los cojinetes pueden ser autolubricados o lubricarse externamente con aceite o grasa.

El uso más extendido de las grasas es el de la lubricación de cojinetes que son elementos críticos de los equipos usados en acerías, minería, construcción y transporte estas son las industrias que en forma significativa determinan la estabilidad económica de un país. Un cojinete es la cámara o soporte para una pieza rotatoria (un eje que rota dentro de un cojinete), o uno que se mueve linealmente (movimiento axial dentro del cojinete). Un cojinete también puede restringir de cierta manera el movimiento. Hay dos clases básicas de cojinetes: Planos y de rodamientos. Los cojinetes planos se basan en el movimiento de deslizamiento entre un elemento estacionario y otro móvil; los rodamientos tienen esferas o rodillos que dan cabida al movimiento entre piezas estacionarias y movibles. En cualquiera de los casos, para prolongar la vida de servicio es esencial contar con una película lubricante que separe las superficies en movimiento. Los cojinetes planos que resisten pesos perpendiculares a sus ejes de rotación se denominan chumaceras (cojinetes muñón); los rodamientos que soportan cargas similares se denominan

En general se prefiere la grasa para cargas de impacto, altas temperaturas o, cuando se requieren, buenas propiedades adhesivas a las superficies de los cojinetes y buenas propiedades de sellamiento.

COJINETES PLANOS Es el tipo más elemental de cojinete, ya que no contiene partes móviles. En la mayoría de los casos un cojinete plano está elaborado de un material o aleación más suave que el de la pieza que se desliza o mueve contra éste. Por tanto, el cojinete corre con la mayoría del desgaste. Esta es una ventaja económica importante, puesto que los cojinetes se reemplazan o se ajustan más prácticamente que los componentes móviles de relativa inaccesibilidad. Los cojinetes planos pueden describirse según su configuración, por su movimiento o por el tipo de carga que reciben. Por tanto, las principales categorías de cojinetes planos son: Chumaceras, y guías de empuje.

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Módulo Seis

Chumaceras También llamados cojinetes muñón o de manga, consisten de una cámara cilíndrica que soporta el eje rotatorio. El término “muñón” se refiere a la parte del eje contenida dentro del cojinete; la “manga” comúnmente se refiere a la configuración del cojinete. Ambos términos se usan sinónimamente. Si el cojinete es totalmente cilíndrico, diseño de 3600, se le llama completo. Un eje que recibe carga en una sola dirección puede estar soportado por un cojinete muñón en forma de cilindro parcial. Tales cojinetes soportan el eje solamente en la zona de carga. Por ejemplo, las grúas, los equipos removedores de tierra, etc. usan cojinetes semi-cilíndricos para soportar las cargas dirigidas contra la parte superior de un eje. Muñón

Las chumaceras contienen frecuentemente dos o más piezas que facilitan su remoción o reemplazo. Por ejemplo, los cojinetes

principales del motor del carro tienen dos camisas semicirculares que contienen los muñones del cigüeñal. Las partes se acoplan y se unen con pernos.

Cojinetes guía

Los cojinetes guía, soportan piezas de la máquina más recíprocas que rotativas; la carga es generalmente menor que la de un cojinete muñón. Las superficies inferiores pueden tener ranuras para ayudar a distribuir el lubricante y aliviar la presión. Los equipos que tienen cojinetes guía incluyen las crucetas de cabeza en los motores a vapor y algunos compresores de aire.

Línea de Carga Casquillo

Punto de Contacto Rodamiento Punto de Equilibrio

Cojinete de Multiples partes

Un cojinete guía sencillo da cabida para el movimiento lineal.

Varias configuraciones de cojinetes planos.

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Cojinetes de empuje

Los cojinetes de empuje suministran el movimiento axial de un eje rotatorio. Comúnmente se usan en conjunto con las chumaceras y se lubrican mediante la grasa que se escapa por las puntas del alojamiento de los cojinetes.

das y ocurre algún contacto metal con metal. Y si se forma una película lubricante con suficiente presión para separar las superficies del cojinete y del muñón, se da origen a la lubricación hidrodinámica o lubricación de película fluida total.

Lubricación límite Rotor

Alojamiento Cojinete de Empuje

Cuando el eje está en reposo o a bajas velocidades (generalmente a la iniciación), y/o bajo altas cargas, entran en contacto las asperezas de la superficie del cojinete y del muñón. La lubricación en estas condiciones depende de la naturaleza de las superficies que se tocan, de la descomposición de los productos lubricantes presentes, o de los aditivos de acción superficial que forman una película delgada y suave, sobre las superficies de metal y que previenen la adherencia de uniones metálicas para reducir la fricción. Fig. (a).

Un cojinete guía sencillo da cabida para el movimiento lineal.

Lubricación de cojinetes planos

La forma de lubricar un cojinete plano depende de las condiciones que afectan la capacidad de éste de desarrollar una película fluida, que permita soportar la carga y que pueda separar las superficies del cojinete y del muñón. Si dicha película no se produce (o antes de que se produzca) el modo de lubricación se denomina de película límite, o película mixta, lubricación en la que las superficies no están completamente separa-

En vista de la generación de niveles relativamente altos de fricción y calor, y el consecuente alto índice de desgaste de la superficie, la lubricación límite no sería el modo de operación más deseable. Sin embargo, hay veces en que es totalmente inevitable. En cuanto el muñón empieza a rotar, asciende por la superficie del cojinete en dirección opuesta a la rotación, Fig.(b). Una capa de grasa se adhiere al muñón y rota con él. Esta capa es llevada al espacio de convergencia entre el muñón y el cojinete y empieza a formar una película delgada fluida. El muñón rota con la película hasta

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Módulo Seis Lubricación hidrodinámica

A medida que se aumenta la velocidad, la acción de cuña del lubricante se mueve en la dirección de la rotación. La presión sobre la película se hace mayor, de forma que el muñón va ahora montado en una película de fluido, efectuándose la lubricación hidrodinámica, Fig.(d). Si se aumenta (a)

(c)

(b)

(d)

Posiciones del cojinete durante la formación de una película fluida aerodinámica en un cojinete muñón plano.

que una cantidad suficiente de fluido haya sido llevado al espacio de convergencia para separar más aún las superficies, Fig.(c). Una capa de grasa se adhiere al muñón y rota con él, otra capa se adhiere a la superficie del cojinete y queda fija. Las capas de grasa de la película se deslizan entre las capas exteriores; las más cercanas al muñón son las que se mueven más, mientras aquellas capas más cercanas al cojinete se mueven menos.

suficientemente la carga sobre el cojinete, la película hidrodinámica puede romperse y el cojinete regresará al modo de lubricación límite. La grasa debe introducirse al cojinete por donde sea menor la presión del fluido, el punto de máxima holgura dentro del cojinete. A menudo, se añaden ranuras al interior de la superficie del cojinete para aligerar la presión y almacenar lubricante de reserva. Cuando la carga va en una dirección, las ranuras del eje que van a lo largo de la superficie del cojinete y localizadas en áreas de baja presión no alterarán la película lubricante y pueden aliviar la presión. Cuando la dirección de la carga es variable, la localización de presión extrema dentro del cojinete también es variable. Bajo estas condiciones, las ranuras anulares o circunferenciales bien espaciadas aligerarán la presión sin interrumpir substancialmente las películas lubricantes. Las ranuras axiales deben ser biseladas, de manera que la grasa lubricante sea arrastrada más fácilmente de la ranura, por el eje rotatorio.

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Módulo Seis

Selección del lubricante La escogencia entre lubricación de aceite o grasa depende de la relación de la velocidad del muñón a viscosidad. Las velocidades más lentas del muñón requieren viscosidad más alta, mientras que las velocidades altas necesitan de un aceite de cuerpo liviano. Los cojinetes diseñados para marchas de baja velocidad tienen, generalmente una tolerancia relativamente amplia entre el eje y el alojamiento, mientras que los cojinetes de alta velocidad tienen una tolerancia mucho más pequeña.

Baja Velocidad

Media Velocidad

Grasas y Aceites Pesados

Aceites de Mediana Viscosidad

Aceites Ligeros

Alta Velocidad Relación de velocidad del muñón con la liberación interna y la lubricación. Velocidades más bajas requieren lubricantes de viscosidad más alta.

También debe tenerse en cuenta la carga en un cojinete, cuando se escoge un lubricante. La grasa o el aceite seleccionados deben tener suficiente cuerpo o viscosidad para mantener una película fluida continua y los aditivos necesarios para dar una protección adecuada.

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COJINETES CON ELEMENTOS RODANTES Anillo externo

Sin embargo la fricción de inicio en un cojinete plano es generalmente más alta que de la de un rodamiento.

Elementos Rodantes

Los elementos rodantes generalmente están encerrados entre anillos llamados pistas, típicamente el anillo exterior es fijo y el anillo interior está unido a un eje rotatorio.

Canal

Distinto a los cojinetes planos, los cojinetes de rodamientos, están hechos de aleaciones de acero duro, porque los pequeños rodamientos deben soportar una gama amplia de cargas y las presiones en la superficie de contacto de la unidad pueden ser muy altas.

Anillo interno

Separador

La mayoría de rodamientos utilizados en la industria se lubrican con grasa. Estos cojinetes tienen esferas o rodillos situados entre un alojamiento fijo y un muñón movible, los rodillos pueden ser cilíndricos, esféricos o cónicos. A los rodamientos con rodillos relativamente largos, de diámetro pequeño se les denomina “cojinetes de agujas”.

Cojinetes de bolas

Se puede conseguir aumento de la capacidad añadiendo filas de rodillos o, en el caso de cojinete de aguja, eliminando el retenedor y añadiendo rodillos.

Los cojinetes de empuje de bola son funcionalmente equivalentes a los cojinetes de empuje planos.

A los rodamientos se les llama con frecuencia cojinetes “antifricción”, aunque la fricción del torque de un cojinete plano de película total de fluido, puede ser tan baja como la de los rodamientos.

Los cojinetes de bolas son, quizá, el tipo ás familiar de rodamientos. Los cojinetes radiales de bolas contienen el movimiento rotatorio de un eje y funcionalmente son similares al cojinete muñón sencillo.

El ensamblaje de un cojinete de bola incluye: bolas, un retenedor, anillos, eje rotatorio y el alojamiento de soporte. Las bolas están hechas de acero endurecido y brillado pulido.

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Un retenedor o espaciador de las bolas las mantiene en su sitio, y ruedan entre los anillos que también deben haber sido pulidos. Los alojamientos de los cojinetes difieren dependiendo del diseño y de su aplicación y sirven para soportar el cojinete y contener el lubricante. Generalmente se proveen sellos apropiados para que ni el agua, ni el polvo, ni la mugre u otros contaminantes externos lleguen a los componentes del cojinete y para prevenir el escape del lubricante del alojamiento.

Cojinetes de rodillos

El ensamblaje de un cojinete de rodillos consiste de: rodillos, un retenedor, pistas, un eje, un alojamiento y sellos. Tal como en el caso de cojinetes de bolas, las superficies de contacto de los rodamientos deben contar con una superficie finamente terminada para que trabajen con el máximo de eficiencia.

Cojinetes de rodillos cilíndricos

El tipo más básico de estos cojinetes contiene rodillos cilíndricos colocados entre los anillos. Los rodillos no son verdaderos cilindros, pero generalmente están coronados o tienen extremos reducidos para aminorar la concentración de fuerza del contacto rodillos-anillo. Los rodamientos cilíndricos pueden llevar cargas radiales pesadas y pueden funcionar a alta velocidad.

Cojinete de rodillos cónicos

En razón a su geometría cónica rodillo-anillo, este cojinete puede llevar cargas pesadas tanto radiales como cargas de empuje. Cojinete de

Rodillo

Doble Fila

Este cojinete versátil es bastante popular en la industria automotriz.

Rodamientos esféricos

Esta clase utiliza rodillos convexos o abarrilados que dan cabida a altas cargas radiales y de choque y suministran un alto grado de autoalineación. Sin embargo tienen cierta limitación de velocidad. Rodillo

Aguja

Los tipos básicos de cojinete de rodillo

Cojinetes de agujas

Los cojinetes de agujas contienen rodillos cilíndricos con una alta relación longitud-diámetro,

Grasas dando la mayor capacidad de carga para un espacio radial dado de cualquier cojinete rodante. Generalmente este tipo no tiene pista interior y puede dar cabida a movimiento oscilante. Los cojinetes de aguja sin un retenedor o jaula y con un complemento total de rodillos poseen una gran capacidad de carga pero tienen limitaciones de velocidad. Los cojinetes de aguja con un retenedor, contienen menos rodillos, por lo tanto tienen menor capacidad de carga pero pueden funcionar a velocidades más altas.


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LUBRICACION DE RODAMIENTOS El lubricante para estos cojinetes tiene tres funciones individuales: - Reducir la fricción tanto rodante como deslizante. - Proteger, las superficies de los elementos rodantes y de las pistas, contra la corrosión y el desgaste. Esto es crítico para la vida activa del cojinete (duración). - Actuar como sellante.

Causas de fricción

La acción rodante es la causa predominante de fricción de un rodamiento. La fricción de rodamiento se origina por la deformación del metal cuando la bola o rodillo presionado por el peso, se mueve por la superficie de un pista. La acumulación de material deformado que precede al elemento rodante opone resistencia al movimiento, lo que a su vez, produce calor por fricción. Otras causas menores de calor por fricción en los cojinetes incluyen deslizamiento, desprendimiento y acción abrasiva. Se produce una pequeña cantidad de fricción cuando los espaciadores entre los cojinetes tocan el canal de rodadura. También se produce fricción, por el desprendimiento de los rodantes. Esto ocurre en el área del cojinete que no lleva peso, donde la holgura entre los elementos del cojinete y el canal de marcha es máxima.

La principal fuente de fricción de un cojinete de elementos rodantes es la fricción de rodadura, resultante de la deformación del canal de rodadura originada por un elemento rodante cargado.

Los desprendimientos también se aumentan con la desaceleración de la velocidad, porque la reducción de la fuerza centrífuga sobre el cojinete, logra una liberación más grande, de fuerza opuesta. La fricción puede provenir también de la corrosión u oxidación de las superficies metálicas que produce partículas abrasivas de óxido.

Películas EHD

Los principios que rigen la lubricación de los cojinetes con elementos rodantes, también llamados rodamientos, son distintos a los de cojinetes planos. En los cojinetes planos de película fluida completa, la carga del eje está soportada por una película lubricante hidrodinámica continua que mantiene separadas las dos superficies de contacto. En los cojinetes rodantes, las presiones unitarias son extremadamente altas, entre los elementos rodantes, relativamente pequeños y sus pistas

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Módulo Seis Dirección de rotación

107 Silicona a 74 C

Viscosidad Absoluta

106 105

Aceite mineral a 50 C

Carga

Carga

Dirección de rodamiento

Diester a 55 C

104 Aceite mineral a 58 C

103 Diester a 73 C

102 101 1

0 20

40 60 80 100 120 140 160 Presión en Psi x 1000

Aumento de viscosidad en los lubricantes corrientes debido a la presión.

(canales de rodadura). Los lubricantes sujetos a alta presión dentro de la zona de contacto de un rodamiento, sufren un dramático aumento de la viscosidad. Este aumento de la viscosidad permite a la película lubricante soportar altas fuerzas de contacto, a la vez, que previene el contacto; entre las superficies. Las presiones de esta magnitud no existen en la película fluida total del cojinete plano y por lo tanto no se afecta la viscosidad del lubricante. Las altas presiones del contacto en un cojinete rodante, deforman elásticamente también las superficies rodantes, para ampliar el área de contacto que soporta la carga. La combinación de la deformación de la superficie y la acción lubricante hidrodinámica, produce una película lubricante delgada elastohidrodinámica (EHD), que provee lubricación a las zonas de contacto de los elementos rodantes del cojinete.

Patrón de esfuerzo

Deformación (exagerada) y esfuerzo producido por un rodillo sobre una suprficie plana

Patrón de esfuerzo

Lubricación con grasa

Las grasas proveen una película lubricante a la superficie de los elementos rodantes, separadores y canales de rodadura. En realidad el lubricante es una fina película de aceite que se libera cuando la red fibrosa tridimensional de la grasa se quiebra por el esfuerzo cortante. Solamente se malogra la parte de la grasa en contacto íntimo con las superficies movibles, el resto permanece intacto y funciona como sellante. Cuando un cojinete recientemente cargado empieza a girar, la grasa es lanzada desde los elementos rodantes y puesta a circular rápidamente por el alojamiento. Después de corto tiempo la grasa del anillo rotatorio externo es lanzada de regreso a los elementos rodantes, donde se produce el corte. Este ambiente turbulento al iniciar la rotación, crea calor de fricción que alcanza un máximo y que después disminuye gradualmente, a medida que la acción continua de corte libera la película de aceite lubricante. Al tiempo que se efectúa la lubricación, la temperatura del cojinete que se ha cargado apropiadamente bajará y asumirá un equilibrio.

Grasas


Módulo Seis

Temperatura en C

Carga Normal

75 50 25 100

200

300

Tiempo en minutos

Temperatura en C

Sobrecarga

75 50 25 100 200 300 Tiempo en minutos

Relación tiempo/temperatura de un rodamiento cargado normalmente y lubricado con grasa y de uno que ha sido sobrecargado con lubricante.

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COMPOSICION Y CARACTERISTICAS DE LAS GRASAS La facultad de las grasas lubricantes de operar en tan diferentes aplicaciones, bajo una amplia variedad de condiciones y medios ambientales, constituyen un testimonio de la flexibilidad de su composición. Las grasas son fórmulas complejas de espesantes, componentes estructurales, bases fluidas y aditivos diseñados para cumplir los requisitos de aplicaciones específicas. Cuando se usan como lubricantes, las grasas tienen un comportamiento muy parecido al de los aceites. Reducen la fricción proveyendo una película que separa superficies en movimiento. Sin embargo, tienen la ventaja de permanecer donde se aplican, y tienen menos probabilidad de escapar de una máquina o de las superficies que lubrican, si se encuentran bajo efectos de la fuerza de gravedad o fuerzas centrífugas.

Estructura grasa LITIO

Al mismo tiempo, las grasas pueden formar un sello efectivo contra la húmedas y los contaminantes sólidos. Estructura grasa CALCIO

Grasas COMPONENTES ESTRUCTURALES DE LA GRASA La grasa tiene dos componentes estructurales básicos: un agente espesante y el fluido líquido, o base fluida en el que se dispersa el agente espesante. Muchos tipos y combinaciones de espesantes y fluidos base, junto a modificadores de estructura suplementarios y aditivos de desempeño, le dan sus características especiales a las fórmulas finales de grasa. Al examinar, bajo una alta ampliación, una grasa basada en un jabón, se nota una malla tridimensional de fibras de jabón microscópicas. La forma de actuar de una grasa, se ha explicado como si esta malla actuara como una esponja y atrapara moléculas de aceite, que luego serían liberadas al aumentar la presión y la temperatura. Sin embargo, parece ser que el mecanismo de acción de una grasa es aún más complicado, y que la grasa es un lubricante efectivo. Esto se demuestra con el hecho de que, analizando el material en superficies lubricadas con grasa, muestra que contiene la misma concentración de agente espesante, sin haber un exceso de aceite base. Se piensa que las fibras del jabón utilizado como agente espesante, se mantienen juntas gracias a fuerzas moleculares débiles. Esto da a la grasa, en un comienzo, una estructura relativamente sólida. Pero al someterla a un incremento en la presión o la temperatura, las uniones entre las fibras se rompen y dejan fluir la grasa.


Módulo Seis Al terminar el esfuerzo, las uniones vuelven a formarse y la grasa vuelve a su consistencia original.

Grasas ACEITES BASE Las bases de los lubricantes utilizados en la formulación de grasas son generalmente de origen mineral (petróleo) o sintético, aunque los aceites vegetales también son usados en aplicaciones especializadas. Las bases sintéticas pueden elaborarse de petróleo o de aceite vegetal comestible y se les acondiciona para el trabajo que deben realizar. Los aceites lubricantes son los componentes principales de las fórmulas de grasa y, como tales, ejercen gran influencia en él comportamiento de la misma. Al formular una grasa, se escoge generalmente la viscosidad del aceite base que tiene similitud al que normalmente se escogería si el equipo se lubricara con aceite. Por ejemplo, un aceite liviano podría escogerse para formular una grasa lubricante apropiada para cojinetes de carga liviana y alta velocidad. Por otro lado, un equipo de carga pesada y lento movimiento necesitaría de un aceite de alta viscosidad. La resistencia de una grasa a la oxidación puede ser deficiente si su componente de aceite base, tiene un índice de viscosidad bajo o moléculas polinucleares aromáticas. Se prefieren los aceites parafínicos de alto índice de viscosidad por su innata y buena estabilidad a la oxidación, pero su falta de compatibilidad con algunos jabones espesantes de calcio y sodio puede exigir el uso de aceites nafténicos. En tales casos, se hacen necesarios los inhibidores suplementarios de oxidación.


Módulo Seis Una propiedad pobre de baja temperatura de un aceite base no siempre define él comportamiento de una grasa terminada, puesto que ciertos espesantes pueden por sí mismos funcionar como depresores del punto de fluidez. La compatibilidad con sellos de caucho, puede estar influenciada por el tipo de aceite base presente. Los aceites parafínicos ejercen un efecto mínimo sobre éstos, mientras que los aceites nafténicos pueden hacer que el material sellante se infle.

Aceites sintéticos Los fluidos sintéticos están incrementando su importancia, en grasas diseñadas para aplicaciones especiales, en temperaturas extremas, estos incluyen: Polialfaolefinas, diésteres, poliglícoles, ésteres e hidrocarburos halogenados, bases sintéticas. Exceptuando los fluidos de poliglicol, todos tienen viscosidades en la escala de aceites minerales HVI más ligeros. Sus índices de viscosidad y Tipo

Aplicaciones principales

Polialfa Olefinas (PAOs)

Automotriz e industrial

Esteres de acidos Dibásicos

Aérea y automotriz

Esteres de Poliol

Aérea y automotriz

Aromáticos alquilados

Automotriz e industrial

Polialquilen Glicoles

Industrial

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puntos de chispa, son más altos y sus puntos de fluidez son considerablemente más bajos.

reacción de saponificación puede retenerse durante el proceso.

Esto los convierte en valiosos componentes de combinación cuando se mezclan aceites de servicios extremos en altas y en bajas temperaturas.

Esta agua, hidroliza una cantidad equivalente de jabón metálico, resultando en ácido carboxílico libre que ayuda en la dispersión de las moléculas de jabón. Cantidades más grandes de agua se incorporan algunas veces dentro del marco molecular y se convierten en elementos estructurales esenciales como el caso de las grasas de calcio convencionales.

Las principales desventajas de los sintéticos es que son más costosos que los aceites minerales. Esto limita su utilización en grasas y aceites para especialidades. Los ésteres tienen la desventaja adicional de tener más tendencia a inflar los sellos que los hidrocarburos, por tanto, se debe tener precaución cuando se les usa en aplicaciones en las que puedan entrar en contacto con elastómeros diseñados para usarse con aceites minerales.

Agentes espesantes con base en jabón metálico Los jabones se forman cuando un ácido o éster graso de origen vegetal o animal se combina con un álcali o hidróxido metálico y reacciona, o se saponifica, generalmente por aplicación de calor, presión o agitación. La estabilidad mecánica y propiedades reológicas de la grasa final resultan de la estructura de fibra dada por el jabón de metal. El agua llega durante el proceso como un derivado. Por tanto el sistema de fabricación en sí mismo es una conveniente fuente de agua. Una pequeña porción del agua que se forma por la

Jabones de calcio, el jabón convencional de calcio o grasas a base de cal se prepara mediante la reacción de ácidos o ésteres grasos con hidróxido de calcio en un medio de aceite mineral. Como resultado de las fibras pequeñas y estrechamente ajustadas que constituyen su marco estructural, el producto que así se produce tiene una textura suave. Las principales ventajas de las grasas de jabón de calcio son: - Quizás las más baratas para fabricar entre las grasas a base mineral. - No son emulsificables en agua por tanto, resisten el arrastre desde los cojinetes. A bajas temperaturas no sufren transformación de fase y por lo tanto mantienen capacidad de bombeo. Sus mayores desventajas son: - La temperatura máxima de funcionamiento de

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- Las grasas de jabón de calcio se utilizan principalmente para lubricar bombas de agua, lazos de alambre y partes de maquinaria que funcionan bajo condiciones ligeras.

su falta de versatilidad. Igualmente las grasas de jabón de sodio son bastante limitadas para aplicaciones en cojinetes modernos, en razón a su alto grado de solubilidad en agua. Por tanto, estas grasas están totalmente descartadas para uso en acerías, en donde los cojinetes están sometidos a la caída de grandes volúmenes de agua. Las grasas sódicas también son susceptibles de transformaciones de fase y de endurecimiento.

- Su utilización en cojinetes planos y de rodamientos está severamente limitada por su baja estabilidad térmica y susceptibilidad al corte.

Sin embargo las grasas sódicas poseen ciertos perfiles positivos que las hacen útiles en algunos cojinetes de rodamientos, cojinetes de alta velocidad y engranajes. Sus ventajas incluyen:

las grasas a base de jabón de calcio, estabilizada en agua es de solo 800 C; las grasas derivadas de 12-hidroxisteárico pueden funcionar 1200 -1300 C.

Cuando se involucran ácidos grasos simples, la adsorción de agua durante la reacción de saponificación, es un factor crítico para lograr una estructura grasa estable. Si el agua de la hidratación se hace salir, la red fibrosa característica se rompe para producir ablandamiento y por último, separación de fase. Si el jabón contiene el ácido 12-hidroxiesteárico, no se necesita el agua de la hidratación. Las grasas de calcio anhidro 12-hidroxiesterato son de hecho, más térmicamente estables, que las grasas de jabón de calcio hidratadas convencionalmente.

- Excelentes propiedades inhibidoras de la corrosión y oxidación. - Buena estabilidad a alta temperatura. - Estabilidad promedio al corte. - La máxima temperatura de operación de las grasas de sodio en los rodamientos, es alrededor de 1000 C aunque las grasas de sodio con 12-hidroxiesterato son algo más estables térmicamente.

Jabones de sodio, El espesante de las grasas a base de sodio se forma mediante la reacción de ácidos o ésteres grasos con hidróxido de sodio en un medio de aceite mineral. Las grasas de jabón de sodio tienen une estructura esponjosa.

Jabones de Litio, Los jabones de litio son los más importantes y versátiles de las grasas a base de jabón y tienen por lo menos el 50% de la producción de grasa. Las grasas de litio se preparan mediante la reacción de ácidos grasos o ésteres con hidróxido de litio en aceite mineral. Estos tienen una textura suave y fibrosa.

Estas grasas han sido desplazadas significativamente en las aplicaciones industriales por

Las ventajas de las grasas de litio incluyen:

Grasas


Módulo Seis Características de las Grasas y Aplicaciones

- Excepcional estabilidad al corte; conveniente para utilizar en los cojinetes planos de alta velocidad y en rodamientos. - Altos puntos de goteo y buena estabilidad térmica. La temperatura máxima de servicio se acerca a los 1400 C.

Tipo de Espesante • Aluminio

- Buena tolerancia al agua; resiste el arrastre en los cojinetes de fresadoras. - La protección contra la corrosión y la oxidación es por lo menos igual a la de las grasas de sodio. - Los aditivos (inhibidores de corrosión, inhibidores de oxidación, agentes EP) muestran generalmente mayor respuesta que otros medios de jabón; por tanto las grasas de litio se pueden acomodar fácilmente a condiciones y ambientes específicos. - Excelentes propiedades sellantes. Algunos estudios de los espesantes de jabón de litio sugieren que la relativa falta de solubilidad del jabón en aceite lleva a una estructura de malla de grasa más fina que a su vez reduce la separación del aceite durante el servicio.

• Sodio

• Calcio

• Litio

Características de las grasas

Aplicaciones

• De apariencia suave, tipo gel. Bajo de goteo. Excelente resistencia al agua. Tendencia a suavizar / endurecer. Altamente dependiente de la rata de corte.

• Lubrica cojinetes de baja velocidad. Aplicaciones en ambientes húmedos o de alta contaminación química (cloro, amoniáco). Disminución de uso.

• Apariencia aspera, fibrosa. Punto de goteo moderadamente alto. Poca resistencia al agua. Propiedades de buena adherencia (cohesiva).

• Equipo industrial antiguo en el que la relubricación es constante. Rodamientos.

• Apariencia suave, mantequillosa. Puntos de goteo bajos. Buena resistencia al agua.

• Cojinetes en aplicaciones húmedas. Lubricante de rieles de ferrocarril.

• Apariencia suave, mantequillosa a algo fibrosa. Punto alto de goteo. Resistencia a escape y ablandamiento. Buena resistencia al agua.

• Chasis de automotor y cojinetes de las ruedas Grasas industriales multipropósito Lubricantes para la industria de perforación de petróleo

Grasas Espesantes con base en jabones complejos Las grasas de jabones complejos sé desarrollaron para soportar las temperaturas de peración más elevadas de los equipos modernos. La estructura del espesante se forma mediante la reacción simultánea de un derivado de ácido graso y algún otro componente polar llamado agente de complexión, con un componente básico. Por ejemplo, correaccionando el ácido 12-hidroxiesteárico y un ácido azelaico con hidróxido de litio se produce una estructura de malla más intrincada que la de un jabón de litio simple. Los agentes de complexión tienen usualmente un peso molecular más bajo que un derivado del ácido graso. Jabones de complejo de calcio, las grasas de complejo de calcio se usan para lubricar los rodamientos que trabajan a temperaturas de 16002000 C. (comparados con una temperatura máxima de funcionamiento de solo 900 C para las grasas de jabón de calcio sencillo). Más allá de este rango empiezan a desestabilizarse y a liberar cetonas. Estas grasas se preparan mediante reacción de una mezcla de ácido esteárico o 12-hidroxiesteárico y un ácido orgánico de menor peso molecular comúnmente ácido acético con un exceso de hidróxido de calcio en un medio de aceite mineral. Las temperaturas de reacción inicial se mantienen bajas para evitar la volatilización de los agentes de complexión. Así como el agua se va des-


Módulo Seis alojando en el transcurso de la reacción, las temperaturas suben gradualmente. Jabones de complejo de litio, los jabones de complejo de litio toleran temperaturas más altas y ofrecen una vida útil más larga que la de sus equivalentes de jabones simples. Típicamente, los puntos de goteo están por encima de 2600 C, o cerca de 800 C más altos que aquellos de las grasas de litio convencionales. La temperatura máxima de servicio de las grasas de complejo de litio es alrededor de 1750 C, mientras que las grasas de litio simple generalmente no tolerarían temperaturas de servicio por encima de los 1400 C. Jabones de complejo de aluminio, las grasas de complejo de aluminio se preparan usualmente mediante la reacción de la mezcla de un ácido graso, ácido benzoico y agua con isopropóxido de aluminio en un medio de aceite mineral. Si la proporción de ácido graso sobre el ácido benzoico se aumenta, la solubilidad en aceite del espesante de complejo se aumenta, pero la estabilidad estructural se disminuye. Las grasas de complejo de aluminio de óptima composición, tienen puntos de goteo cercanos a los 2600C, mientras que las grasas de jabón de aluminio sencillo pueden tener un punto de goteo de solo 1100 C. Adicionalmente a las buenas propiedades de alta temperatura que tienen, las grasas de complejo de aluminio son estables al corte y resisten el arrastre del agua. Por tanto, son una alternativa competitiva de las grasas de complejo de calcio para la lubricación de los cojinetes de rodamientos.

Grasas Su principal desventaja se refiere a una mala resistencia a la corrosión y la oxidación que a menudo no se puede corregir fácilmente con aditivos suplementarios.

Espesantes orgánicos Los espesantes orgánicos, no poseen jabones, los más utilizados son las poliúreas, que se preparan mediante la reacción de isocianatos con aminas. Químicamente el producto se puede presentar así:


Módulo Seis Otros espesantes sin jabón, los ejemplos de otros espesantes orgánicos sin jabón incluyen sales de ácidos tereftálicos; ácidos fosfóricos, ácidos tiofosfóricos y ácidos fosónicos; y polietileno, policarbohidratos y polietilenos halogenados. Estos se usan en pocas aplicaciones comerciales y en su mayoría son solo de intereses académicos. Tipo de Espesante

Las grasas de poliúreas se caracterizan por su buena resistencia al agua y buena estabilidad térmica. Por su durabilidad, las grasas poliúreas se usan frecuentemente en los cojinetes de sellado permanente, que se llenan durante el ensamblaje, se sellan y trabajan sin relubricación durante la vida normal del equipo. Las grasas de poliúrea necesitan de procesos más sofisticados y sus materias primas son más costosas que las grasas convencionales. La mala capacidad de bombeo de ciertas grasas de poliúrea limitan su uso en los sistemas centralizados grandes.

Aplicaciones

• Poliúrea

• Apariencia suave, algo opaca.Punto de goteo por encima de 240° C Buena resistencia al agua Resistencia a la oxidación Menor resistencia al ablandamiento y al escape.

• Cojinetes industriales de elemento rodante. Uniones de velocidad constante de los automotores

• Organo clay Arcillas

• Apariencia suave y mantequillosa Punto de goteo sobre 260° C Resistencia al escape Buena resistencia al agua

• Cojinetes de alta temperatura con relubricación frecuente. Cojinetes de cuello de rodillo de acerías

O [ ~N- C -N CH* CH* ~ ] n Cuando se incorporan a la cadena de polímeros grupos de acetatos, se puede aplicar la denominación de “Complejo de acetato de poliúrea”.

Características de las grasas

Grasas espesadas sin jabón.

Grasas


Módulo Seis

Espesantes inorgánicos Las características particulares de las grasas basadas en espesantes inorgánicos, básicamente arcilla y sílice, las ha hecho útiles en aplicaciones especiales: Arcillas, dos arcillas la bentonita y hectorita son los agentes espesantes inorgánicos más importantes. Las grasas basadas en estos materiales son funcionales en rangos de temperatura extremadamente amplios porque carecen de puntos de goteo y resisten otras transformaciones de fase. Por tanto, las grasas a base de arcilla son valiosas para aplicaciones aerospaciales. Ciertos aditivos de desempeño incluyendo sulfonatos, naftenatos de plomo y algunos compuestos organofosfóricos (se sabe que son incompatibles con las grasas de arcilla porque tienden a desestabilizar la estructura de gel). Sílice, los agentes espesantes con base sílice se preparan mediante el tratamiento fino del silicato sódico disperso con di-isocainatos o epóxidos. La estructura de gel resultante es más bien amorfa que cristalina. En razón de su tolerancia a la radiación, las grasas de sílice que contienen fluidos de base aromática se usan frecuentemente para lubricar los rodamientos en las plantas nucleares (rodamientos de turbinas y generadores).

Influencia del espesante sobre las características de la grasa Espesante

Jabón de Sodio

Estructura

Fibra

Punto de goteo (°C)

Temperatura Max. de servicio (°C)

177

93 - 136

Jabón de Calcio Simple

Suave

Complejo

Suave, mantequilloso

132 - 143

121

> 232

149

Jabón de Litio Sencillo

Suave

199

163

Complejo

Suave, algo fibroso

> 232

177

Complejo de Aluminio

Gel suave

> 232

149

Arcilla

Suave

260

177

Poliúrea

Opaca, algo harinosa

> 232

177

Grasas ADITIVOS Los aditivos químicos pueden alterar en forma significativa el desempeño de las grasas lubricantes. Los factores que influyen en la selección del aditivo son: - Exigencias de desempeño (aplicación del producto). - Compatibilidad (reacciones sinérgicas/ antagónicas). - Consideraciones ambientales (aplicación del producto, olor, biodegradabilidad, residuos de descomposición). - Color. - Costo. La mayoría de los aditivos descritos son químicamente activos, es decir, producen su efecto a través de una reacción química ya sea dentro del medio lubricante o sobre la superficie metálica. Los aditivos químicamente activos incluyen: Inhibidores de oxidación, inhibidores de herrumbre y de corrosión Agentes antidesgaste y de extrema presión E.P. Los modificadores de estructura y espesantes también pueden incluirse en esta categoría, al igual que los polímeros que mejoran las propiedades adherentes y de resistencia al agua. Por otra parte, los aditivos químicamente inertes afectan unas propiedades físicas de la grasa tales como estructura, reología o tolerancia al agua.


Módulo Seis Tipo de Espesante

Estabilidad de corte

Calcio (Hidratado) Calcio (Anhidro (Anhidro))

M G

Litio

G

Sodio Complejo de Calcio Litio acomplejante

M-G M G

Aluminio acomplejante Poliúrea Arcilla Bentonita

Resistencia Estabilidad * al agua ** alta - temperatura G P (90)

G

M (140)

M P

G (180) G (200)

G M-G

G (300) G (250)

M

G

G (250)

M-G M

G M

G (240) G (Ninguno)

* ( ) Punto de goteo , C ** G = Bueno, M = Malo, P = Pobre

Los aditivos químicamente inertes incluyen: - Modificadores de la viscosidad. - Depresores del punto de fluidez. - Agentes antiespumantes. - Emulsificadores. - Demulsificadores. - Aditivos de las grasas.

Grasas Tipo de Aditivo

Finalidad

Componentes típicos


Módulo Seis Funciones

Aditivos Protectores de Superficie Agente EP y Antidesgaste

Ditiofosfatos de Zinc, fosfatos orgánicos, azufre orgánico y compuestos orgánicos de azufre y cloro.

Reacción química con superficies metálicas para formar una película con más baja fuerza de corte que el metal, por lo tanto previene el contacto metal con metal.

Inhibidor de la Previene la corrosión Ditiofosfatos de Zinc, herrumbre y la y la oxidación de las fenolatados de metal, sulfonatos básicos de partes metálicas en corrosión

Absorción preferencial del constituyente polar de la superficie metálica para suministrar una película protectora o neutralizar los ácidos corrosivos.

Modificador de Alterar el coeficiente fricción de fricción.

Absorción preferencial de materiales activos en superficie.

Reduce la fricción y el desgaste y previene el rayado y el agarrotamiento.

contacto con el lubricante.

Modificador de Aumenta la viscosidad del aceite la viscosidad base.

metal, ácidos grasos y aminas. aminas.

Acidos grasos orgánicos y amidos, amidos, aceite de manteca, fósforo orgánico de alto peso molecular y ésteres ácidos fosfóricos. Pólimeros y copolímeros de metacrilatos, metacrilatos, butadieno olefinas o estirenos alquilados.

Como los aceites lubricantes, las grasas bajo condiciones de oxidación producen materiales inestables llamados peróxidos. Una vez formados, los peróxidos se descomponen rápidamente y forman otros materiales que son incluso más susceptibles de oxidación. El proceso es una reacción en cadena que se acelera por el aumento de la temperatura y que se cataliza mediante ciertos metales particularmente aquellos presentes en los agentes espesantes con base de jabón. Los productos finales de la oxidación son gomas, lacas y materiales acídicos. En la composición de grasas, la oxidación se manifiesta en cualquiera o la combinación de los siguientes síntomas:

Aditivos Protectores Antioxidantes

Inhibidores de Oxidación

Retarda la descomposición oxidativa

Ditiofosfatos de Zinc, fenoles limitados, aminas, aminas, fenoles sulfurados.

Descompone los peróxidos y termina las reacciones de radical libre.

Reducir el efecto catalítico de los metales en las ratas de oxidación

Acomplejantes orgánicos que contienen azufre, aminas, aminas, sulfitos y fosfatos y sulfuros.

Forma una película inactiva sobre superficies metálicas al acomplejarse con iones metálicos.

- Resecamiento y agrietamiento. - Aumento de penetración. - Disminución de punto de goteo.

Deactivador metálico

- Aumento de absorción de oxígeno. - Aumento de la acidez. Los sedimentos en los cojinetes son las señales más obvias de oxidación en el servicio. Función: los inhibidores de oxidación funcionan combinándose preferencialmente con los peróxidos o especies radicales, por tanto, terminando la reacción en cadena de radicales libres. Los inhibidores se destruyen gradualmente durante el proceso.

Grasas


Módulo Seis

La resistencia natural de la oxidación de una grasa y el efecto de un inhibidor de oxidación dado, depende del tipo de espesante, la acidez relativa o la basicidad del sistema y la naturaleza del compuesto del aceite base.

acerías en los que grandes volúmenes de agua de enfriamiento maltratan los cojinetes y donde se espera que las grasas lubricantes en funcionamiento absorban mucha más agua sin disminuir su desempeño.

Las grasas espesadas con jabón frecuentemente dificultan su inhibición porque los metales actúan como catalizadores de la oxidación. Los espesantes a base de arcilla también son difíciles de inhibir pero por diferentes razones. Los espesantes de bentonita tienen afinidad por ciertos aditivos, tales como aminas aromáticas, y tienden a absorber esos aditivos en la superficie de las plaquetas. Por tanto se consumen los aditivos de la fase de aceite y se reduce la resistencia a la oxidación.

Función: los espesantes y modificadores de estructura frecuentemente generan propiedades naturales de resistencia a la herrumbre pero si las condiciones lo exigen se podrían requerir inhibidores suplementarios. Usualmente estos son

La naturaleza de los constituyentes de los aceites nafténicos o parafínicos pueden afectar la respuesta del inhibidor. Los aceites nafténicos de bajo índice de viscosidad son naturalmente menos resistentes a la oxidación, posiblemente a causa de su polaridad y el contenido aromático. Las grasas que contienen aceites parafínicos de altos índices de viscosidad son innatamente más estables y más rápidamente inhibidas (Alvania, Retinax). Inhibidores de Herrumbre La corrosión de los componentes de los cojinetes de hierro y acero causada por la presencia de oxígeno atmosférico y de agua pueden causar serios daños. La protección de las superficies de metales contra la herrumbre es especialmente importante en las aplicaciones de las

compuestos de alta polaridad solubles en aceite que funcionan por adsorción en superficie de metal para formar una delgada película protectora que excluye aire y agua.

Extrema Presión Agentes antidesgaste Las grasas se formulan con agentes de extrema presión (EP) para prevenir desgaste en condiciones de altas temperaturas, cargas pesadas o periodos de operación muy extensos. Los químicos que sirven como agentes de extrema presión generalmente contienen azufre, cloro, fósforo, metales o combinaciones de estos elementos. Función: los agentes de extrema presión funcionan bajo condiciones de lubricación límite, en las que, las superficies metálicas están en contacto íntimo. Cuando las superficies se mueven unas contra otras, la colisión de las asperezas de la superficie produce elevaciones localizadas de temperatura que activan

Grasas los agentes EP, se forman distintos compuestos químicos e inmediatamente se adhieren en forma de película delgada sobre la superficie metálica. Las películas de sulfuro, cloro y fósforo cortan más fácilmente que el metal mismo; por tanto se genera menos calor por fricción y se reduce el peligro de soldadura severa.

Llenadores sólidos Los llenadores que frecuentemente se denominan “aditivos físicos” o “lubricantes secos” son materiales sólidos orgánicos o polímeros que tienen como fin dar a las grasas protección EP y durabilidad. Algunos ejemplos incluyen: -

Bisulfuro de molibdeno.

-

Grafito.

-

Oxido de zinc.

Estos materiales son muy útiles en especial para evitar que los cojinetes con carga pesada rocen y se agarroten. Distinto a los agentes EP orgánicos convencionales, los llenadores sólidos no producen su efecto reaccionando químicamente con superficies metálicas. Bajo condiciones límites, los sólidos suspendidos se sedimentan físicamente en la superficie metálica y producen películas de baja fuerza cortante. Por ejemplo en el caso del bisulfuro de molibdeno, los átomos de azufre se adhieren fuertemente a


Módulo Seis la superficie del metal mientras se forman enlaces débiles entre los átomos de azufre y las moléculas adyacentes. Cuando comienza el corte los enlaces débiles azufre-azufre se parten y las moléculas se resbalan fácilmente una sobre otra. Después de que la película de lubricante hidrodinámica se ha roto queda una película sólida en el área de contacto que no permite que ocurra calor por fricción. Los llenadores sólidos y agentes orgánicos EP producen el mismo efecto final por medios físicos y químicos respectivamente.

Las grasas, por lo contrario, dada su estructura semisólida, se comportan en forma diferente. Cuando se aplica presión a una grasa, ésta no comienza a fluir hasta que se alcanza una presión crítica, que se conoce como límite elástico aparente. A medida que se aplica más presión, la tasa de flujo aumenta aún más y la viscosidad de la grasa disminuye. La viscosidad observada de una grasa es llamada viscosidad aparente y varía con la temperatura y la tasa de flujo. La viscosidad aparente de una grasa está principalmente determinada por la viscosidad del aceite base. Al conocerse su grado de viscosidad a una temperatura y a una tasa de flujo específicas, se puede dar una buena idea de las propiedades de desempeño de la grasa y puede ser útil para predecir la tendencia de la grasa, a escaparse de las pistas de los rodamientos. La viscosidad aparente se mide forzando muestras de grasas a través de tubos capilares con caudales conocidos. Con la dimensión de los

Cuando una grasa es forzada por entre un tubo, un cilindro de grasa en el centro del tubo avanza como un tapón.

Viscosidad aparente

La viscosidad del flujo no depende del caudal

Caudal (Tasa cortante)

El caudal aumenta desproporcionadamente a la presión aplicada.

El caudal es proporcional a la presión aplicada

Caudal

La viscosidad aparente de la grasa disminuye al aumentar el caudal.

Viscosidad

Al aplicar presión a un líquido normal, tal como un aceite lubricante, empezará a fluir aún con una presión muy baja. A cualquier temperatura, la tasa de flujo (o tasa de corte) es proporcional a la presión aplicada (esfuerzo cortante), en un amplio rango de condiciones. La viscosidad del líquido (la relación entre el esfuerzo cortante y la tasa de corte) permanece siempre constante.

capilares, el caudal y la presión requerida para forzar la grasa por los capilares, se puede determinar la viscosidad aparente. Presión (Esfuerzo cortante)

PROPIEDADES DE LAS GRASAS Propiedades de flujo

Módulo Seis

Presión (Esfuerzo cortante)

Grasas


La viscosidad del flujo no depende del caudal

Caudal (Tasa cortante)

Siempre y cuando el caudal no sea muy rápido, un líquido normal fluye suavemente por un tubo. El líquido adyacente a las paredes del tubo es inmóvil, mientras que el del centro fluye más rápido.

Caudal

CONSISTENCIA La consistencia de una grasa es una medida de su suavidad o dureza. Esta varía con la temperatura, dependiendo principalmente de la cantidad y clase de espesante utilizado. También influye la clase del aceite base y las condiciones bajo las cuales trabaja la grasa. La consistencia de la grasa a base de jabón, depende de los siguientes parámetros relacionados con el espesante. - Cantidad de jabón. - Dimensión de la cadena de ácidos

Grasas grasos. - Grado de separación. - Cantidad de no saturación. - Presencia de grupos polares en la cadena de ácidos grasos. - Inclusión de modificadores especiales de e s tructura. - Tamaño de partícula. El aumentar la cantidad de jabón produce casi siempre el respectivo incremento de consistencia o la dureza. Los ácidos grasos con cadenas de longitud de 18 carbones, son usualmente las más utilizadas. Longitudes de cadena más larga causarían ablandamiento por su alta solubilidad en aceite, mientras que cadenas más cortas también originarían ablandamiento, debido al mal contacto por la limitada solubilidad en aceite. La presencia de cadenas ramificadas reduce la consistencia, porque producen una estructura cristalina no uniforme. Las moléculas no saturadas de ácido graso no se usan como espesantes de las grasas ya que su relativa solubilidad en aceite reduce tanto su consistencia como su punto de goteo.

Números de consistencia NLGI

Número NLGI Penetración Trabajada a 25°C (décimas de milímetro). La consistencia, lo mismo que otras propiedades


Módulo Seis físicas de las grasas a base de jabón, pueden modificarse incorporándole ciertos agentes químicos llamados modificadores de estructura. La naturaleza polar de estos materiales ayudan a la dispersión de las moléculas del espesante. El tamaño de la partícula también es un parámetro importante que afecta la consistencia de las grasas a base de jabón. Si el tamaño de la partícula se hace pequeño es decir si la proporción de la superficie de área contra volumen disminuye los valores de penetración tienden a aumentar. Los tamaños óptimos de partícula se pueden obtener regulando cuidadosamente la temperatura durante el proceso. Las grasas varían desde semi-líquidos muy suaves con una consistencia de crema espesa, hasta sólidos duros parecidos a la cera. Se clasifican habitualmente según el sistema NLGI desarrollado por el American National Lubricative Grease Institute (Instituto Americano de Grasas Lubri- cantes). Este sistema describe nueve grados desde 000, el más suave, pasando por 00, 0, 1, 2, 3, 4, y 5, hasta 6, el más duro. Los grados más utilizados son los 1, 2, y 3; los grados 1 y 2 suelen utilizarse para la lubricación de puntos de apoyo rodantes, mientras el grado 3 puede ser requerido para puntos de apoyo operando a temperaturas más altas.

Grasas Número NLGI


Módulo Seis

Penetración Trabajada a 225C (Décimas de milímetro)

000

445 - 475

00

400 - 430

0

355 - 385

1

310 - 340

2

265 - 295

3

220 - 250

4 5

175 - 205 130 - 160

6

85 - 115

Se mide la consistencia utilizando un cono de un tamaño y un peso específico llamado penetrómetro. Se coloca el cono con la punta apenas tocando la superficie de la muestra de grasa. Luego se suelta el cono dejándolo hundir bajo su propio peso durante 5 segundos.

Se mide la profundidad de la penetración del cono y luego se relaciona con la consistencia de la grasa. A mayor penetración del cono, más blanda es la grasa y su grado es bajo en el sistema.

ESTABILIDAD MECANICA El trabajo mecánico, tal como el de una caja de velocidades, puede descomponer la estructura de una grasa y cambiar su consistencia. La mayoría de las grasas tienden a ablandarse ligeramente durante un trabajo pesado y luego recuperan poco a poco su consistencia original cuando el trabajo ha terminado. La capacidad de una grasa para resistir a cambios en su consistencia durante el trabajo, manteniendo la lubricación se llama estabilidad mecánica. Una grasa debe tener una estabilidad mecánica adecuada, para mantener una lubricación eficiente particularmente cuando existen vibraciones. Grasas inestables las cuales sé suavisan excesivamente, podrían eventualmente escaparse de los cojinetes. Ya que la mayor parte de las grasas demuestran un cambio de consistencia al hacerlas trabajar, las penetraciones suelen ser medidas antes y después del trabajo de la grasa en lo que se llama un trabajador de grasa de 60 golpes dobles.

Grasa Penetrómetro

La estabilidad mecánica sé evalúa midiendo la consistencia de la grasa antes y después de trabajarla durante un período prolongado. Dos métodos corrientes de trabajo se utilizan; el primero hace trabajar la grasa varios miles de golpes en un trabajador de grasa; el segundo muele una muestra de

Grasas


Módulo Seis aunque hay muchos otros factores que se deben tener en cuenta. Una grasa no debe ser trabajada a la temperatura de su punto de goteo, sino, por debajo de éste, entre 200 y 400 C. dependiendo del tipo de jabón.

Trabajador de grasas.

Cuando una grasa se enfría, se endurece gradualmente, hasta que llega a un punto en que ya está demasiado dura para actuar como un lubricante efectivo. La temperatura más baja de trabajo de una grasa, está determinada principalmente por el aceite base.

grasa en un tambor de metal durante dos horas con un rodillo pesado. Varios fabricantes de puntos de apoyo también han encontrado sus propios métodos para probar la estabilidad mecánica de una grasa. Típicamente estos involucran operar un punto de apoyo lubricado con una grasa durante un tiempo específico y luego evaluar la condición de la grasa y los componentes del punto de apoyo. Punto de goteo Al calentar una grasa a base de jabón, se suaviza gradualmente hasta una temperatura crítica, a la cual se descompone su estructura y la grasa se derrite. La temperatura a la cual se produce esta licuación se llama punto de goteo. Si se deja enfriar después de llegar a este punto, es posible que no recupere su consistencia original. El punto de goteo da, entonces, una indicación de la temperatura a la cual puede ser utilizada una grasa,

Punto de goteo.

Grasas El punto de goteo de una grasa se mide tradicionalmente calentando una muestra en una tasa agarrada a la punta de un termómetro. Se anota la temperatura en el momento en que cae la primera gota de grasa de un agujero en el fondo de la tasa. En instrumentos más modernos, se mide la temperatura y la formación de la gota de aceite electrónicamente.

SEPARACION DE ACEITE Bajo ciertas circunstancias el aceite base en una grasa puede separarse del espesante. Algún grado de separación es esencial, de otra manera la grasa no podría proveer una lubricación adecuada. La formación de pequeñas cantidades de aceite, en la superficie de la grasa, en recipientes almacenados, es por lo tanto normal y no debe causar preocupación. Este aceite debe ser mezclado con la grasa antes de ser utilizada. La separación excesiva del aceite, en sistemas de lubricación por grasa, puede causar problemas. Por ejemplo, cuando la grasa es bombeada a presión a través de un tubo, el aceite base puede separarse de su espesante, como si estuviera siendo filtrado. En este caso, el aceite puede escaparse de los rodamientos que debe lubricar, mientras que el jabón se queda bloqueando el tubo. Por esta razón, las grasas que deben ser bombeadas a través de tubos muy largos, deben ser fabricadas para que esto no suceda.


Módulo Seis COMPATIBILIDAD La separación de aceite puede también ocurrir cuando se mezclan dos grasas. El aceite base y los espesantes en cada grasa individual, son escogidos cuidadosamente para ser compatibles y proveer las propiedades requeridas. El aceite base de una grasa puede ser incompatible con el espesante de otra, de tal manera que cuando las grasas se mezclan, la estructura de una o de ambas se rompe. Esto resultará en una pérdida de la eficiencia lubricante y puede resultar en una falla total. Por lo tanto dos grasas diferentes, normalmente, no deben mezclarse en el mismo sistema. La compatibilidad de la grasa con los empaques y otros componentes del sistema de lubricación es también importante y depende de las propiedades del aceite base.

Grasas


Módulo Seis

CRITERIO DE SELECCION DE LA GRASA La escogencia de un lubricante para aplicaciones especificas es un asunto que debe resolverse armonizando las características ya sea de los aceites o las grasas, con las exigencias de servicio, (tabla página siguiente) y sopesando las relativas ventajas de cada una. En general la lubricación de grasa es la mejor opción para: - Equipos que trabajan intermitentemente o que se guardan por largos períodos de tiempo. - Condiciones extremas de funcionamiento ( a l tas temperaturas, altas presiones, cargas de choque, bajas velocidades)

Propiedades Punto de goteo (°C) Temperatura máxima de goteo Resistencia al agua1 Estabilidad mecánica Estabilidad a la oxidación Protección contra herrumbre Bombeabilidad (en sistemas centralizados) Separación de aceite Apariencia

Sodio 163 - 177

Calcio (Convenc (Convenc)) 96 - 104

Calcio (Anhidro (Anhidro)) 135 - 143

- Equipo bastante desgastado (las películas de grasa más espesa funciona bien en los espacios muertos agrandados). Las grasas se utilizan para: - Prevenir el desgaste. - Reducir la frecuencia de la relubricación. - Actuar como sellante. - Proveer protección contra la corrosión y la herrumbre. - Inhibir la oxidación. - Suspender (actúa como un reservorio de adi tivos sólidos) - Proteger los sellos de caucho.

Litio 177 - 204

Complejo de Aluminio

Complejo de Calcio

260 +

260 +

Complejo de Litio 260 +

Poliúrea 243

Organo-arcilla 260

121

93

110

135

177

177

177

177

177

P-R

B-E

E

B

B-E

R-E

B-E

B-E

R -E

R

R-B

B-E

B-E

B-E

R -B

B-E

R -B

R -B

P-B

P-E

R-E

R-E

R-E

P-B

R-E

B-E

B

B-E

P-E

P-E

P-E

B-E

R-E

R-E

R-E

P-E

P-R

B-E

R-E

R-E

R-B

P-R

B-E

B-E

B

B Suave mantequillosa

B-E Suave mantequillosa

B-E

B-E

B-E

B-E

B-E

Suave mantequillosa

Suave mantequillosa

Suave mantequillosa

Suave mantequillosa

Suave mantequillosa

Disponibilidad EP

Disponibilidad EP, reversible

Disponibilidad EP, reversible

EP, antidesgaste inherente

Disponibilidad EP

En declive

En aumento

P-B Suave mantequillosa

Otras propiedades

R-B Suave a fibrosa Adhesiva, cohesiva

Volumen de producción y tendencia

En declive

En declive

Disponibilidad EP

Sin cambio

Líder

En aumento 1

P= pobre; R= regular; B= bueno; E= excelente

P=Pobre; R=Regular; B=Bueno; E=Excelente

1

Disponibilidad EP Estable

En declive

Grasas - Reducir la vibración y el ruido. - Minimizar escapes, goteos y salpicaduras. Por su consistencia, las grasas se mantienen más fácilmente en los alojamientos de los cojinetes y se facilita un diseño de sello más sencillo. Cuando los sellos se gastan o deterioran, es más probable que la grasa permanezca en su sitio, mientras que el aceite escapa fácilmente. Esta es una ventaja especial cuando se debe evitar la contaminación del lubricante, como en el caso de los equipos procesadores de alimentos. La grasa se comporta como un sellante natural al prevenir la pérdida del lubricante o la entrada de materiales extraños. La grasa se usa frecuentemente para lubricar transmisiones y cadenas descubiertas ya que forma una barrera entre los contaminantes y los componentes. Las grasas se usan muy a menudo para componentes que están aislados o son relativamente inaccesibles. En estas aplicaciones no sería práctico suministrar un colector de aceite o relubricar los componentes con frecuencia. La grasa necesita menor frecuencia de aplicación ya que su alta consistencia resiste los arrastres. Como la grasa posee gran resistencia al movimiento, las funciones de alto y bajo torque, indican la escogencia de aceites u otros lubricantes fluidos. La lubricación apropiada de los rodamientos necesita menores cantidades de grasa, que de aceite.


Módulo Seis El aceite, sin embargo es más fácil de administrar a todas las partes móviles de la máquina y se maneja más fácilmente cuando se drenan o se rellenan los depósitos de los cojinetes y las cajas de transmisión cerradas. El aceite también actúa como refrigerante. La grasa por su consistencia semifluida no está equipada para disipar el calor y no debe ser lubricante, en aplicaciones que involucren altas velocidades y excesiva fricción.

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USOS MULTIPLES Las grasas se pueden formular para cubrir una amplia escala de requisitos de aplicación, Requisitos de formulación y aplicaciones. Servicio

Requisitos

• Alta Temperatura

• Espesante de alta temperatura Aceite de alta viscosidad Aceite de alto punto de chispa Grado más alto de NLGI Resistencia a la oxidación

• Baja Temperatura

• Bajo porcentaje de espesante Grado más bajo de NLGI Aceite de baja viscosidad Aceite de bajo punto de fluidez Resistencia a la oxidación

• Amplio Rango de Temperatura de Operación

• Espesante de alta temperatura Buen torque a baja temperatura Buena capacidad de bombeo Baja evaporación Resistencia a la oxidación Resistencia a la corrosión

• Exposición al Agua

•• Bajo arrastre de agua Bajo atomización de agua Baja Consistencia firme firme Resistencia a la herrumbre

• Extrema Presión

• Vapores bajos de prueba de desgaste Valores altos de prueba EP Aditivos sólidos, si son requeridos Aceite de alta viscosidad (preferido)

• Multiusos

• Usual antidesgaste EP Resistencia a la oxidación Resistencia a la corrosión Aceptable capacidad de bombeo Resistencia al agua

Aunque el mercado de grasas se divide entre los segmentos automotor e industrial, no siempre se hace énfasis en la distinción entre las características y la calidad que cada uno requiere. Muchas aplicaciones industriales, pueden servirse con las grasas de alta calidad para cojinetes de automotores. En realidad, las especificaciones para automotores funcionan frecuentemente como guías para la selección de grasas industriales. Ciertamente, algunos ambientes industriales requieren perfiles especiales de desempeño, tales como, resistencia al agua y alta estabilidad térmica para ser utilizadas en los laminadores de acero. Los fabricantes de puntos de apoyo utilizan varios factores en los cálculos para determinar las grasas adecuadas para los rodamientos. El factor de la velocidad del punto de apoyo (ndm) es igual a la velocidad rotatoria en revoluciones por minuto (n) multiplicacda por el diámetro del círculo primitivo (pitch cicle) del punto de apoyo en milímetros (dm). El diámetro del círculo primitivo se toma como el promedio del diámetro interior (d) y del diámetro exterior (D) del punto de apoyo:

ndm = n x (d+D) 2 Los factores de velocidad máxima de los puntos de apoyo se han determinado para varios tipos de puntos de apoyo lubricados con grasa y aceite.

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El factor k es la relación de la viscosidad real del aceite base a la viscosidad requerida para asegurar la lubricación adecuada a la temperatura de operación. k debe ser mayor de 1. Sí es menos de 1, se debe usar una grasa con aditivos EP.

La relación P/c es un factor que toma en cuenta la carga del punto de apoyo. (c es el factor de carga dinámica y P es la carga equivalente tomando en cuenta las cargas axiales y radiales). La relación P/c se puede usar junto con el factor de velocidad del punto de apoyo para ayudar en la selección de los lubricantes.

10.000 5.000 2.000 1.000 500 200

Diámetro Diámetro interior decreciente del punto de apoyo

20.000 Velocidad (RPM)

El coeficiente a 23 da un indicación del efecto del material del punto de apoyo y de la viscosidad del aceite base sobre la vida útil del punto de apoyo. Esto se puede determinar desde los cuadros suplidos por el fabricante si se conoce el factor de la velocidad del punto de apoyo y el factor k. Debe ser mayor a 1.

50.000

10 mm 20 mm 50 mm 100 mm 200 mm

100

10 20 50 100 200 500 1 2 3 Viscosidad a la temperatura de operación (cSt (cSt)) Un cuadro de selección de viscosidad para los rodamientos, mostrando la viscosidad mínima del aceite base para una lubricación adecuada a la temperatura de operación.

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REQUERIMIENTOS AUTOMOTRICES La sociedad de ingenieros automotrices (SAE), ha clasificado las grasas para uso en automotores de acuerdo a la importancia de sus propiedades especiales, en aplicaciones específicas.

Importancia relativa de las propiedades de las grasas para automotores.

Propiedad • Estabilidad mecánica y estructural • Resistencia a la oxidación • Servicio alta temperatura • Protección contra fricción y desgaste • Corrosión • Arrastre

Cojinete Juntas Rueda Universales Chasis Chasis ELI Multipropósito A

M

B

A

A

A

M

B

A

A

A

M

B

M

A

M

A

M

A

A

M M

M M

B M

A A

M M

* H= más alta; M= moderada; B= baja; (Reporte informativo SAE J310)

Grasas Cojinete de Rueda Son los componentes más críticos del engrase de un vehículo automotor. Se usan elementos rodantes, en su mayoría cojinetes cónicos que deben funcionar bajo condiciones muy severas de peso y velocidad, en medios difíciles (lodo, agua, nieve, polvo, etc.). También están sujetos a cargas de choque severas y a altas temperaturas, cuando se frena. Es muy importante que la grasa del cojinete de rueda no sangre o se suavice excesivamente; el escape resultante puede ocasionar la falla de los frenos. Como, en los demás rodamientos, todas las causas comunes de fallas de los cojinetes, también son aplicables a los de las ruedas. Adicionalmente, estos cojinetes están expuestos a desgaste (una condición que generalmente no se encuentra en los rodamientos en otras aplicaciones). Desgaste por rozamiento "Falsa Dureza": este es un tipo especial de daño en los cojinetes, que puede ser producido si se somete a un cojinete cargado, a vibración de baja magnitud durante un tiempo relativamente largo. Esta condición aparece en los cojinetes de rueda de los automóviles que se transportan en tren o niñera por largas distancias. El desgaste por rozamiento también puede suceder, aunque no muy comúnmente, por ciertas condiciones de funcionamiento por ejemplo, manejar frecuentemente en carreteras destapadas, sometiendo el cojinete a periódicas cargas de choque. El desgaste por rozamiento también puede ocurrir


Módulo Seis cuando un vehículo queda guardado por largo tiempo sin moverlo. En este caso la vibración de la tierra o la edificación puede ser suficiente para originar el desgaste del cojinete. Generalmente la grasa se vuelve de un color café rojizo por la formación del óxido de hierro, como resultado del roce. El óxido de hierro es un abrasivo, y rápidamente puede crear depresiones en los rodamientos. La corrosión por roce aparentemente depende de la combinación de carga del cojinete, velocidad de vibración y ángulo de oscilación. La metalurgia del cojinete parece tener poca influencia en el desgaste por roce. El único remedio para este problema es sacarle la carga a los cojinetes de rueda, levantando con gato el vehículo, durante los acarreos por largas distancias o almacenamiento por período prolongado. El tipo de grasa que se usa, también puede afectar el fenómeno de desgaste por roce. Algunas grasas retardan el desgaste aunque no lo eliminan. Las buenas propiedades antidesgaste, tampoco garantizan la protección contra desgaste por roce. Sin embargo, sí tiene un buen efecto la viscosidad del aceite base, la consistencia, las características de sangrado y los aditivos. Una grasa más suave con una viscosidad de aceite base relativamente baja y una mayor tendencia al sangrado, podría brindar una mejor, aunque no completa protección, que una grasa más dura, dependiendo del aditivo presente.

Grasas Vida activa del cojinete de rueda Como todos los demás rodamientos, la vida de los rodamientos de rueda es impredecible. Incluso en cualquier momento pueden fallar los cojinetes lubricados y mantenidos debidamente. La mejor forma de lograr una vida óptima del cojinete es utilizar el tipo de grasa e intervalos de engrase recomendados por el fabricante del vehículo y establecer practicas de mantenimiento que eliminen las causas más comúnes de fallas en los cojinetes. Grasas para juntas universales La grasa para juntas universales es capaz de soportar cargas pesadas y posee las demás propiedades relacionadas en la tabla (página anterior). Algunas grasas de rodamientos de ruedas, se usan frecuentemente para esta aplicación. Grasa para chasis Las grasas para chasis (Tabla), se aplican con pistola a través de accesorios y en los intervalos que sugiere el fabricante del equipo. Una grasa con una viscosidad aparentemente alta, con un índice alto de corte, puede ser necesaria para el servicio pesado. Grasa para chasis de intervalos extendidos de lubricación (ELI) Estas grasas se utilizan en las suspensiones, drivelines, y sistemas de dirección que tienen uniones selladas de fábrica o un ensamblaje que no requiere relubricación en intervalos comparativamente largos.


Módulo Seis Grasa multiprósito Estas grasas cumplen los requisitos de desempeño para chasis, cojinetes de rueda, lubricación de juntas universales y otros usos misceláneos automotrices como el del servicio de quinta rueda. Algunos lubricantes ELI de chasises son satisfactorios como grasa multiusos. Grasas de extrema presión (EP) Aunque no están designadas por el uso, esta terminología se aplica a las grasas con alta capacidad de llevar carga, como lo determinan las máquinas Timken o de cuatro bolas. Las propiedades EP pueden incorporarse en cualquiera de los tipos de uso, más frecuentemente a aquellas designadas como multiuso o ELI.

Grasas APLICACIONES EN ACERIAS Históricamente las chumaceras han sido fundamentales en la industria ferrometálica, particularmente en labores de laminación. Sin embargo, las acerías más nuevas usan gran cantidad de rodamientos. En acerías los cojinetes de mesa y cuello cilíndrico están sujetos a condiciones difíciles de servicio. En este medio hostil se sabe que los cojinetes de rodamientos, transmiten fuerza y soportan carga más efectivamente que los cojinetes planos. En el proceso de laminación, los espacios entre los rodillos se reducen, después de cada paso consecutivo del lingote. Los cojinetes deben por tanto tolerar el alto impacto inicial de carga y luego mantener la carga por largos períodos hasta que el lingote se adelgace a las dimensiones finales prescritas. Los rodamientos, también son componentes importantes de grúas, cargadores, correas transportadoras y quemadores.


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METODOS DE APLICACION DE LA GRASA La grasa se puede aplicar de varias formas, dependiendo del número de cojinetes u otras piezas móviles comprometidas y de las condiciones bajo las cuales funciona una máquina en particular. Los métodos de aplicación van desde el manual, en su forma más simple, hasta los sistemas de provisión de grasa centralizados y completamente automáticos. Empacado manual El sistema de aplicación más simple es el de llenar a mano con grasa, ciertos tipos de cojinetes antes del ensamblaje final o al momento de la relubricación. El relleno manual es despilfarrador y deja que la mugre u otras materias extrañas penetren al cojinete con la grasa. Engrase por copa de compresión Este mecanismo se atornilla directamente en el ensamblaje de los cojinetes y es ampliamente utilizado en ciertos tipos de maquinaria. La copa se llena con grasa y la tapa se atornilla hacia abajo lo suficiente para engranar una rosca. La grasa se coloca dentro del cojinete dándole vuelta continuamente a la tapa; la tasa de alimentación generalmente la marca el número de vueltas por hora, por día, o por cualquier otra unidad de tiempo, dependiendo de las necesidades. A pesar de considerarse una mejora comparada con la manual, este sistema falla en dar al cojinete una cantidad uniforme y eficiente de grasa y requiere de frecuente atención.

Una copa de grasa.

Engrase de copa automático Este método es un refinamiento del vaso de compresión, se trata de un reservorio lleno de grasa con un émbolo forrado en cuero y activado por un resorte que empuja lentamente la grasa dentro del cojinete. La válvula de rosca de la base del reservorio se puede activar o desactivar en cualquier punto intermedio para regular la salida o el flujo de grasa. Ninguno de los dos tipos de copa de grasa se recomienda para uso bajo condiciones de grandes variaciones de temperatura que puedan afectar la consistencia de la grasa.

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Aplicación por presión El método que se utiliza con más frecuencia para aplicar la grasa es el de accesorios de presión. La grasa se puede aplicar por medio de una pistola de grasa, que se opera manualmente o por unidades eléctricas o de aire comprimido. Estos accesorios de presión pueden enroscarse directamente dentro del alojamiento del cojinete. Cuando la grasa se aplica en la parte de arriba bajo presión, se abre una válvula de flotador que permite el flujo de grasa dentro del área del cojinete. Cuando se quita la presión, la válvula se cierra para aislar el cojinete de la mugre y prevenir escapes que pueden surgir en el cojinete por la presión de retorno.

Existen accesorios de presión en diferentes cantidades de diseño, que se adaptan a varias aplicaciones. Se prefieren los accesorios de presión a los de vaso por las siguientes razones: - La lubricación por presión permite sacar a chorro la grasa antigua y los contaminantes del cojinete. - Los accesorios de presión protegen más efectivamente el cojinete de la entrada de partículas extrañas. - Los sistemas de presión se espera que

Válvula

Resorte

Retorno

Al Cojinete Cámara Pistón Cámara de descarga Intermedia

De la bomba

Al Cojinete Sistema Automático de Engrase.

Grasas brinden una lubricación más eficiente porque el desperdicio de grasa es mínimo. Sistemas centralizados de engrase Los sistemas centralizados de engrase son mucho más confiables y económicos que los métodos de engrase manual descritos anteriormente. Los sistemas centralizados permiten la lubricación de gran número de cojinetes y partes móviles mientras la máquina está funcionando. Más importante aún, los sistemas centralizados eliminan el potencial de lesiones asociadas con los sistemás manuales y facilitan el suministro de grasa al cojinete y accesorios cuyo acceso generalmente es difícil y peligroso. Los sistemas centralizados automáticos suministran la grasa en cantidades medidas a muy distintos sitios. Básicamente los sistemas automáticos consisten de una bomba, que produce la presión requerida para empujar la grasa a través de las válvulas medidoras, líneas, y conexiones de manguera flexibles hacia todos los puntos de cojinete que requieren lubricación. La bomba puede operarse manualmente, con un motor, o ser accionada por alguna pieza de vaivén. La frecuencia de la operación se controla manualmente o a través de un reloj eléctrico que se puede ajustar para que funcione a los intervalos que se requieran.


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Grasas Las recientes innovaciones a la lubricación centralizada incluyen cronometraje electrónico, programación por computador y diseños modulares

CONSIDERACIONES SOBRE MEDIO AMBIENTE Los aspectos del medio ambiente continuarán teniendo una gran incidencia en la industria de grasas lubricantes tanto para el fabricante como para el usuario, tal como ocurre con los demás lubricantes y áreas de lubricación. La biodegradabilidad es un tema ambiental de excepcional importancia aunque no el único. Otros factores importantes que afectan el medio ambiente son: - Toxicidad de los productos terminados. - Uso de metales pesados (tales como plomo y antimonio). - Uso del cloro para mejorar el desempeño EP. - Aplicaciones de unidades selladas para reducir la cantidad de grasa que se usa.


Módulo Seis - Grasas como las fórmulas poliméricas que minimizan las pérdidas por escapes o a se sacan de la pista, o grasas resientes a escapes que se usan en minería)

APLICACIONES DELICADAS Cualquier aplicación que involucra exposición a los elementos es susceptible a que la grasa se escape o salga por arrastre. Las industrias y sus típicas aplicaciones que tienen él más alto potencial de afectar el medio ambiente son: - Ferrocarril (grasas curvas y de zapatas). - Minería (grasas de transmisiones abiertas). - Acero (lubricantes de laminadores). - Agricultura (lubricantes de recolectoras de algodón).

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- Construcción (lubricantes de excavadoras). - Marítima. - Forestal (lubricantes de levas).

BIODEGRADABILIDAD Mejorar la capacidad de los componentes de la grasa para que se degraden como resultado de un proceso biológico natural, es el área de más actividad dentro de la industria de grasas. Las grasas biodegradables se componen esencialmente de los mismos químicos como los de los producto no degradables, 75 - 95 % Base fluida Aceites vegetales Aceites sintéticos

5 - 20 % Espesantes

1a8% Aditivos

Jabones convencionales

Inhibidores de oxidación Inhibidores de corrosión Agentes anti-desgaste anti-desgaste EP, polímeros

El componente primario que afecta la biodegradabilidad es la clase de aceite base utilizado en la fórmula. Se deben usar aceites vegetales y/o sintéticos porque los aceites minerales no son rápidamente biodegradables. El reto al utilizar aceites vegetales es su limitación para altas temperaturas y los aceites sintéticos

son costosos. Si se requiere alto desempeño, la aditivación de estos productos se convierte también en un reto. Por ejemplo, en la fabricación de las grasas que más se usan en las aplicaciones multiusos con base en litio 12-hidroxiestearato o en la química del jabón de complejo de litio el aceite y el espesante se calientan a 4000 F. A esta temperatura, el aceite vegetal se oxidaría. Por tanto, las grasas biodegradables se elaboran de jabón de calcio que tiene una temperatura de cocción más baja pero que también tiene limitaciones de desempeño. Las grasas biodegradables se han elaborado también de arcilla, poliúrea y jabones de complejo de aluminio pero todas tienen limitaciones de desempeño/costo. Las especificaciones de métodos estandarizados de prueba de las grasas biodegradables es un área en desarrollo. Actualmente, las pruebas de lubricantes solubles en aceite incluyen CECL-33T-82 con un criterio de aprobación de 70-80% de pérdida y la prueba Sturm Modificada con un criterio de aprobación de 60% o más.

Grasas El grupo de trabajo de Grasas y Medio Ambiente del Instituto Europeo de Lubricantes de Grasas (ELGI) está desarrollando las especificaciones de prueba (usando la prueba CEC modificada para uso con grasas) para medir la biodegradabilidad de la grasa. Esta prueba se denomina CEC L-33-A-94.

RESPONSABILIDAD GLOBAL Históricamente las consideraciones de costo y desempeño eran primordiales en determinar cómo se formulaban y fabricaban las grasas. Ahora, un concepto más global demanda la consideración de varios factores adicionales como: - Restricciones ambientales. - Biodegradabilidad. - Amplitud de conciencia del posible impacto en el medio ambiente a lo largo del ciclo de vida de un producto desde su formulación y fabricación hasta su utilización final.


Módulo Seis - Mayor información en la etiqueta del producto respecto al correcto manejo, uso, disposición y peligros potenciales.

PRUEBAS DE GRASAS Las especificaciones estandarizadas de las pruebas imparten las guías para determinar y verificar las características importantes del desempeño de las grasas. Los usuarios pueden identificar los criterios de desempeño requeridos utilizando tales especificaciones y controlar los surtidos que llegan para asegurar el cumplimiento del producto con tales criterios. Las especificaciones típicas de las grasas para automotores, industrial y uso militar se resume en el ánexo A. También se incluyen las especificaciones y estándares internacionales comunes (Europeos y Japoneses). La lista de las pruebas de grasa común de la Tabla (Indice de pruebas de grasas) no cubren todas las pruebas ideadas para determinar las características de las grasas bajo varias condiciones. Sin embargo, es una compilación de las pruebas usadas más frecuentemente. La mayoría de ellas se ciñen a las pautas desarrolladas por varias organizaciones que elaboran los estándares. Las pruebas no estandarizadas se emprenden para evaluar las características de las grasas bajo aplicaciones o ambientes de operación específicos.

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A continuación se incluye una guía de la nominación y alcance de las pruebas estandarizadas más comunes.

Características Resistencia al sangrado Corrosión Extrema presión / antidesgaste

Especificaciones Prueba

IP*

Denominaciones Separación de aceite (estático) Separación aceite presión

FTM 321.3 ASTM D - 1742 ASTM D - 1743 EMCOR ASTM D - 4048 ASTM D - 2596 ASTM D - 2509 ASTM D - 2266 Optimol SRV

220

Prueba de corrosión Corrosión del acero Corrosión del cobre

326 239

Cuatro - bolas Método - Timken Desgaste de cuatro bolas Oscilación

Identificación y control de calidad

ASTM D - 2265

Punto de goteo

Resistencia a la oxidación

ASTM D - 942 ASTM D - 3527 ASTM D - 3336 DIN - 51806 SKF RDF Prueba

Oxidación de bomba Vida del cojinete de rueda Desempeño a alta temperatura Cojinete de rodillo Altas temperaturas y velocidades

Viscosidad aparente

142

ASTM D - 1092

A la rata de corte de 16

Capacidad de / Bombeo

ASTM D - 4693 U.S. Steel LT37

Torque de baja temperatura Movilidad

Estabilidad de corte

ASTM D - 217 ASTM D - 1831 ASTM D - 4290

Escape

ASTM D - 1263

Resistencia al agua

ASTM D - 1264 ASTM D - 4049

Velocidad constante de las juntas

CVJ

Penetración multiempo Estabilidad de rodamiento Filtración del cojinete de rueda

50

215

Barrido por agua Rociado por agua Desempeño CVJ

* Instituto de Petróleo (Reino Unido)

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Estas pruebas se usan para determinar las características más importantes de desempeño de las grasas. Una copia actualizada de la especificación de cada prueba suministrará una completa descripción de los parámetros, aparatos, procedimientos y criterios de evaluación de resultados de la prueba.

Pruebas de Cojinetes usados ampliamente en Europa Tipo SKF R2F IP 168 / 79 SKF ROF FAG KSM FAG FE 9

FAG FE 8

Tendencia al escape de las grasas

Prueba cojinete

Temperatura Cojinete (C) Duración (hr (hr)) 480 500

100

< 170

A falla

4500

< 250

1

3000, 6000

1500

< 250

A falla

7.5 / 75 / 750 / 1500 / 3000

3000 4500 80000, 50000, 20000, 10000, 5000

< 250

500 ó a falla

104

6

6204 2Z (C3) 30206

20000, 10000, 6000 3000, 1500

7206

660

1334 50

Tensión de correa

Criterio de clasificación

Axial (N) < 150 < 177

1500, 2500, 3500 1200 a 10000

Cojinete de cono, D= 6.3.5 mm y 49 mm

Radial (N) 8510

-

22312 M.C4 6308

7312, 31312A, 29412B

Carga

Velocidad (rpm (rpm))

-

Condición y distribución de grasa, condición de cojinete Temperatura del cojinete, condición del cojinete Tiempo de marcha Aumento de torque torque,, temperatura condición de distribución de grasa

Tiempo de marcha

Aumento de torque, torque, temperatura, temperatura falla de tiempo de marcha, condición del cojinete y la grasa, desgaste del cojinete

Distribución de grasa, % de pérdida de grasa ASTM

Grasas En la Tabla se provee una descripción de las pruebas de cojinetes lubricados con grasa que se usan más comúnmente en Europa.

GUIA PARA PRUEBAS COMUNES ASTM D-217: Penetración del cono de la grasa lubricante. Una medida de la distancia, en décimas de un milímetro, que un cono, de peso y dimensión precisas, penetra una muestra de grasa a 250 C durante 5 segundos. ASTM D-2265: Punto de goteo de grasa lubricante. Determina la temperatura a la cual la grasa pasa de un estado semisólido a uno líquido. ASTM D-4049: Resistencia de la grasa lubricante al rociado de agua. Capacidad de la grasa de adherirse a un panel de acero inoxidable cuando se somete al rociado directo del agua.


Módulo Seis nes de prueba específicas. ASTM D-2266: Características de prevención de desgaste de las grasas lubricantes. Evaluación de la capacidad de la grasa para prevenir el desgaste en las aplicaciones de deslizamiento de ac.ero sobre acero. ASTM D-2509: Medición de las propiedades EP de las grasas lubricantes. Se utiliza para diferenciar las grasas que muestran niveles bajo, medio, o alto de las características EP utilizando “Timken Tester”. ASTM D-2596: Medición de las propiedades EP de las grasas lubricantes (método Four-Ball). Provee el método de diferenciación de las grasas que poseen características de niveles de extrema presión bajo, medio y alto. ASTM D-3527: Vida de la grasa del cojinete de rueda. Evalúa la vida de desempeño a alta temperatura de la grasa de cojinete de rueda.

ASTM-D 1264: Características de arrastre por agua de las grasas lubricantes. Resistencia de la grasa al arrastre por agua de un cojinete cuando marcha bajo las condiciones prescritas.

Sistema de prueba “Optimol SRV” Determinar la fricción y el desgaste de los lubricantes y materiales bajo condiciones de oscilación.

ASTM-D 1743: Propiedades preventivas de corrosión de las grasas lubricantes. Diferencia las características inhibidoras de corrosión de las grasas lubricantes bajo condicio-

Corrosión del acero Estándares IP 220, NF 60135, SIS 155130, DIN 51802 del método EMCOR. Las propiedades preventivas de corrosión en el

Grasas acero de las grasas lubricantes se determinan exclusivamente bajo condiciones dinámicas por medio de estos estándares, comúnmente conocido como: el método EMCOR, que fue originalmente desarrollado por SKF. DIN 51806: Prueba mecánico-dinámica de las grasas de los descansos de cojinetes de rodamiento. El objetivo de la prueba es el de determinar el comportamiento de las grasas lubricantes en los cojinetes de rodillos en condiciones (diferentes temperaturas y velocidades) que sean representativas del funcionamiento práctico. De acuerdo a DIN 51825 esa temperatura se considera la temperatura máxima de servicio al que la grasa pasa la prueba de recorrido B. SKF RDF: Pruebas de las grasas lubricantes para altas temperaturas y altas velocidades. El procedimiento de prueba SKF, RDF predice la conveniencia de las grasas lubricantes para servicio en altas condiciones de temperatura, a alta velocidad (hasta 20000 r.p.m.) y relativa poca carga sobre el cojinete (6204 2Z/C3). Prueba Kugelfischer FAG FE 8. El desempeño de la grasa en el equipo de la prueba FE 8, donde se miden la temperatura, torque y desgaste, se puede utilizar para indicar su conveniencia en una aplicación específica de servicio cuando están bien definidos el tipo de cojinete, la velocidad, la carga y temperatura de funcionamiento.


Módulo Seis CVJ Juntas de velocidad constante. El uso de las juntas de velocidad constante (CVJ) para transmitir fuerza entre la unidad conductora y las ruedas de los carros particulares, ha aumentado significativamente en los últimos años. La experiencia ha demostrado que los complicados procesos de fricción se pueden reproducir en las pruebas de laboratorio solamente hasta cierto límite; es decir se necesitan pruebas orientadas a la práctica que solamente se puede realizar directamente en las juntas de velocidad constante.

Grasas ESPECIFICACIONES DE LA GRASA ANEXO (A)

Las siguientes son especificaciones o

estipulaciones representativas de grasas para las necesidades de aplicaciones automotrices, industriales, y militares. En cada caso la identificación o requerimiento de la especificación se entrega con una pequeña exposición de su área de aplicación.

REQUERIMIENTOS SIDERURGICOS Fuente: Manual de Lubricación del Ingeniero, USS 1981. Grasa para cuello de cilindro, Requisito No. 340 Aplicaciones: La grasa cuello cilindrico se usa en los cojinetes de cuello cilíndrico para los debastadores, lingotes, fresadoras y laminador de plancha de la tela, bronce, metal babit o combinación y tipos segmentados. Estos cojinetes están sometidos a grandes cantidades de agua y lubricación límite. El método de aplicación se hace por sistema de lubricación centralizado, en ciclos de cinco a diez minutos de tiempo. En algunos casos, estos sistemas sirven los tornillos y tuercas del laminador, cojinetes cónicos, cojinete de rodillo, etc. Grasa de extrema presión, Requisito No. 350 Aplicaciones: Las grasas EP se usan en temperaturas de funcionamientos normales, de 660 C


Módulo Seis (no exceder 930 C) en rodillos de refuerzo, rodillo de trabajo y cojinetes de mesa; esto incluye condiciones que se hallan en cojinetes de bola, de rodillo y planos y lubricación de uso general donde hay grandes cantidades de agua. La grasa de extrema presión necesita ser suministrada por medio de sistemas centralizados de lubricación bajo una amplia escala de temperaturas. Grasa EP trabajo extra, Requisito No. 352 Aplicaciones: La grasa EP Trabajo Extra se utiliza para temperaturas de funcionamiento más altas, de 930 C, pero que no excedan los 1210 C, de los rodillos refuerzo, rodillos de trabajo y cojinetes de mesa. Estas condiciones se hallan en los cojinetes de bola, de rodillo y planos y lubricación de tipo general donde hay gran cantidad de agua. Esta aplicación también necesita ser suministrada a través de un sistema centralizado de lubricación bajo una escala amplia de temperaturas. Grasas EP de extrema temperatura, Requisito No. 355 Aplicaciones: Las Grasas EP Extrema Temperatura se utilizan para lubricar cojinetes de bola y rodillo que cubren una gran escala de condiciones tales como exposición al agua, presión extrema, alta y baja temperatura, corte y oxidación. Estas

Grasas condiciones usualmente prevalecen en los rodillos de los motores de ventiladores, cojinetes de rueda del carro del quemador, de hornos de recolección, hornos de secado, plantas de concreto, y fosos de recalentamiento en los que el lubricante debe servir por largos períodos bajo severas condiciones sin ningún reaprovisionamiento. Grasa EP alta temperatura, Requisito No. 370 Aplicaciones: La grasa multiusos, alta temperatura, se utilizan para la lubricación de cojinetes de bola y rodillo que cubren una amplia escala de condiciones tales como exposición al agua, alta y baja temperatura, corte, oxidación y extrema presión. Estas condiciones se encuentran generalmente en los cojinetes de motor, cojinetes de rueda, cojinetes de fresadora de trabajo pesado y sistemas de presión que necesitan buenas movilización a bajas temperaturas y en los que el lubricante debe servir por largos períodos de tiempobajocondiciones severassinningún reaprovisionamiento. Grasa de cojinetes de bola y rodillo, Requisito No. 371 Aplicación: La grasa multiusos, alta temperatura, se utiliza para lubricar los cojinetes de bola y rodillo que cubren una amplia gama de condiciones tales como exposición al agua, alta y baja temperatura, corte y oxidación. Estas condiciones se presentan en los cojinetes de motores eléctricos, cojinetes de rueda, cojinetes de palancas de engranaje, cojinetes de transportadores, y sistemas de presión que demanden


Módulo Seis buena movilidad a baja temperatura y en las que el lubricante debe servir por largos períodos de tiempo bajo condiciones severas sin ningún reaprovisionamiento. Grasas temperatura extrema, Requisito No. 372 Aplicación: La grasa de extrema temperatura se usa para lubricación de cojinetes de bola y rodillo que cubren una amplia escala de condiciones tales como exposición al agua, alta y baja temperatura, corte y oxidación. Estas condiciones generalmente prevalecen en los cojinetes de cualquier ventilador de motor, cojinetes de rueda del carro de horno, hornos de recolección, hornos de secado, plantas de concreto, y fosos de recalentamiento en los que el lubricante debe servir bajo severas condiciones sin ningún reaprovisionamiento. Grasa para chumaceras ferroviarias (especificaciones AAR M-917-64, versión condensada), requisito No. 374 Aplicaciones y requisitos de prueba de servicio. a.) Para la aprobación de la Asociación Americana Ferroviaria (AAR) la grasa debe lubricar satisfactoriamente cada cojinete de rodillo de los vagones durante una prueba de simulación de servicio de ocho semanas en el Laboratorio Central de Investigaciones de la AAR. b.) La grasa debe mantener una consistencia estable en los montajes de los cojinetes con

Grasas una penetración no inferior a 325 o más de 385 a 25 0 C durante la prueba acelerada de ocho semanas. Grasas de taller de servicio, Requisito No. 375 Aplicaciones: La grasa de taller de servicio se usa para operaciones en condiciones comunes con cojinetes de bola, rodillo y planos, incluyendo cuellos de cilindro y lubricación de tipo general, donde hay grandes cantidades de agua en las que la adherencia al metal es esencial. Esta aplicación requiere también de sistemas de suministro en masa para uso en toda la planta. Grasa de bloque, Requisito No. 400 Aplicación: Los bloques de grasa se pueden cortar según pedido en distintos tamaños y se aplican manualmente a los cuellos de la fresadora de rodillo. Se necesitan distintas consistencias para las varias temperaturas de operación. Debe ser resistente al agua pero


Módulo Seis

Grasas sin embargo emulsionar hasta cierto punto por lo que forma una película lubricante en los cuellos rodantes de la fresadora sin romperse o desmoronarse bajo diversas condiciones de temperatura.

ESPECIFICACIONES FEDERALES: GRASAS INDUSTRIALES Y DE USO GENERAL Espec. Federal VV-G-632a, Septiembre 18 1967 Las especificaciones generales están disponibles en los departamentos de Marina y de Defensa. Estas especificaciones cubren las grasas lubricantes que se quieren usar en la lubricación de maquinaria que esté equipada con copas de grasa tipo compresión. Finalidad del uso: NLGI Grado 1: Para usarse en una escala de temperaturas de -23 hasta + 490C; grado 2: -18 hasta + 540C; grado 3: -12 hasta + 600C. Todos estos grados de grasa bajo esta pauta son resistentes al agua y por tanto apropiados para usarse bajo condiciones donde hay presencia de humedad. Ninguno de los tres grados de grasa de estas pau-


Módulo Seis tas de deben utilizar en equipo automotor o de artillería. A estas grasas no se les puede inhibir contra la oxidación y por tanto no pueden prevenir la corrosión bajo condiciones adversas. Para la lubricación de equipo automotor y de artillería, úsese MIL-G 10924.

ESPECIFICACIONES MILITARES GRASA MULTIUSO, MIL-G-23549C, Marzo 31, 1981. Las especificaciones federales están disponibles en los departamentos de la Armada y de Defensa. Esta pauta cubre los requisitos de una grasa tipo único de uso general (bisulfuro de molibdeno) para uso extenso a temperaturas hasta de 1770C, y por períodos breves a temperaturas de hasta 2040C. INTERNATIONAL HARVESTER Materiales de Ingeniería. Especificación B-27 International Harvester Estas pautas cubren los requisitos generales de grasas lubricantes de la compañía. Las grasas lubricantes deben ser productos sólidos a semisólidos de una dispersión de agentes espesantes y lubricantes líquidos. Se podrían incluir otros ingredientes que brinden propiedades especiales. La base de jabón debe se Litio 12hidroxiestearato. El material debe ser combatible con otras fuentes aprobadas y satisfactorio para ser usado como grasa lubricante.

Grasas GENERAL MOTORS CORPORATION Especificaciones GM 6031-M, Julio 1970, Grasa Multiusos.

General Motors Corporation.

Aplicación: Para lubricación automotriz de suspensión frontal de juntas de bola, cojinetes de rueda y articulaciones del timón. FORD MOTOR COMPANY Especificaciones ESW- M1C87A, Enero 1979, Grasa NLGI Grado 1 Ford Motor Company. Aplicación: Grasa que se usa como un lubricante de larga duración del alojamiento del mecanismo de dirección. CHRYSLER CORPORATION

Especificación MS 3551E (Parte No 2264833), Noviembre 23, 1976 Adhesivo de grasa lubricante- Grado 2 Chrysler Corporation.

Aplicación: Grasa lubricante apropiada para usarse en suspensión sellada y en las juntas de rueda de la varilla de dirección. EUROPEAS

DIN 51825, Junio 1981, Grasa Lubricantes

DIN Normen, estandar Alemán. Aplicación: Esta norma se aplica a las grasas lubricantes NLGI clases 0 a 4 según el


Módulo Seis DIN 51818

para lubricación de rodamientos, cojinetes deslizadores y superficies deslizantes para utilizarse en un rango de temperatura de servicio de 20 hasta + 1400C. ESTANDARES DE LA INDUSTRIA JAPONESA GRASA LUBRICANTE, JIS K 2220-1984

Estandares de la Asociación Japonesa.

Aplicación: Este estandar se refiere a la grasa lubricante que debe utilizarse principalmente como lubricante de varias piezas de maquinaria y condiciones de servicio que incluyen rodamientos, cojinetes de rueda y de chasis de automóvil, sistemás de lubricación central, cargas pesadas, engranajes y fines generales. ESPECIFICACIONES DE DESEMPEÑO DE GRASA AUTOMOTRIZ

ASTM D-4950 Categoría “L”

LA: Para lubricación frecuente 3,200 km (2,000 millas) o menos. LB: para rango de temperatura amplio. ASTM D-4950 Categoría “G” GA: Para rangos limitados de temperatura. GB: Para rangos amplios de temperatura frecuentemente tan alto como 1200C. ocasionalmente tan alto como 1600C. GC: Nivel más alto de desempeño. NLGI Marcas de Certificación

Grasas


Módulo Seis

Guía de requisitos de automotores por categoría de grasa.

LA

ASTM D - 217

LB

GA

GB

GC

Penetración

X

X

X

X

X

Punto de goteo

X

X

X

X

X

Lavado por agua

-

-

X

X

X

X

X

X

X

X

X

-

X

X

-

X

-

X

X

X

-

-

-

-

X

X

D - 566 * o ASTM D - 2265 D - 1264 D - 1742

Separación de aceite

D - 1743

Protección oxidación

D - 2266 D - 2596 D - 3527 D - 4170 D - 4289

Desgaste 4 bolas Extrema presión 4 bolas Vida de alta temperatura Desgaste por rozamiento Compatibilidad

D - 4290 D - 4693

elastómera

Escape Torque

a baja temperatura

X

-

-

X

X

X

-

-

X

X

X

X

X

X

Grasas


Módulo Seis

DIAGNOSTICO S DE APLICACION DE GRASA

Síntoma

Posible causa

Revisar

Cojinete de Rodamientos Ruido excesivo

Condición del cojinete

Cojinete desgastado o endurecido

Recalentamiento

Sobre engrase

Aplicación muy frecuente Cojinete lleno al tope

Resequedad

Frecuencia insuficiente de lubricación

Producto incorrecto

Viscosidad incorrecta del aceite base Deficiente capacidad de soportar carga (calidad EP). Escape excesivo de lubricante

Escape excesivo de lubricante

Sellos

Daño mecánico Encojimiento o inflamamiento excesivos Instalación incorrecta Cojinete de Rodamientos

Grado NLGI incorrecto

Grasa demasiado suave para la aplicación o reblandecimiento en el servicio Incompatibilidad de grasas Ingredientes de grasas Remplazo frecuente de cojinetes

Desgaste excesivo

Falta de capacidad de soportar carga (EP de la grasa para manejar carga de choque) Resecamiento Contaminación por agua, herrumbre o mugre Límite excedido vida activa del cojinete Grado NLGI incorrecto

Alineación incorrecta

Alineación incorrecta

*Se entiende que se utilizan los cojinetes correctos instalados y alieneados en forma adecuada

Grasas


Módulo Seis

Cojinetes planos Recalentamiento

Excesivo desgaste

Mala distribución de la grasa en el cojinete Resecamiento

Grado NGLI incorrecto Incorrecta canalización del cojinete Frecuencia de lubricación Lubricador defectuoso / taponado

Aplicación incorrecta de la grasa

Estabilidad mecánica de la grasa en el servicio

Resecamiento

Lubricación poco frecuente Lubricador defectuoso / taponado

Aplicación incorrecta de la grasa

Capacidad inadecuada de la grasa para llevar carga Rango de temperatura de la grasa

Grasas


Módulo Seis Engranajes cerrados

Escapes excesivos

Grasa muy suave para aplicación

Grado NGLI incorrecto

Incopatibilidad de la grasa

Contaminación con grasas incopatibles

Ruido

Falta de lubricación

Nivel inadecuado de lubricante Grado NGLI incorrecto

Recalentamiento

Falta de lubricación

Grado NGLI incorrecto Nivel incorrecto de lubricante

Agitación

Lubricación excesiva Grado NGLI incorrecto

Rotura de diente

Generalmente no está

Picaduras

Generalmente por diseño incorrecto y relativo a la fatiga

Aunque no tiene relación con el lubricante, utilizar una grasa o aceite base más pesado puede retardar el progreso de las picaduras

Desgaste y rayado

Falta de película lubricante Aplicación inadecuada de la grasa Desgaste abrasivo Alineación incorrecta

Nivel Nivel incorrecto incorrecto del del lubricante, lubricante, Consistencia, calidad Consistencia, calidad EP, EP, yy viscosidad viscosidad de la base de aceite de la base de aceite Contaminación Contaminación Correcta alineación Correcta alineación Contaminación Alineación correcta

Grasas


Módulo Seis

Engranajes abiertos Desgaste del engranaje

Falta de película lubricante

Sedimentos en los engranajes o en circunferencias de raiz

Lubricación excesiva

Lubricación incorrecta Frecuencia incorrecta de lubricación Frecuencia excesiva de lubricación Tipo apropiado de lubricante Contaminación

Superficies deslizantes Movimiento no uniforme (stick (stick slip) slip)

Lubricación insuficiente

Frecuencia de aplicación Tipo apropiado de lubricación

Juntas universales Desgaste excesivo


Tipo apropiado de lubricante Frecuencia de lubricación grasa

Motores eléctricos Funcionamiento eléctrico incorrecto Altas temperaturas

Escape excesivo de grasa

Frecuencia de lubricación Muy lubricado

Grasas


Módulo Seis

Acoples Acople seco

Escape excesivo de grasa

Sellos dañados Grado NGLI incorrecto Aberturas en las ranuras

Grasa endurecida

Separación centrífuga

Tipo apropiado de lubricante

Excesivo desgaste

Grasa incorrecta


Lubricadores centralizados No llega la grasa a los puntos de aplicación

Depósito vacío Fallas de la bomba Obturador del dosificador bloquea el sistema de aire

Llenar con el lubricante apropiado Suministro electricidad / aire Tipo apropiado de lubricante

Sistema alta presión

Accesorio obturador del dosificador Descargue defectuoso de la válvula Grado NLGI incorrecto

Contaminación Examinar y reparar Tipo apropiado de lubricante

Grasas


Módulo Seis

Aplicaciones húmedas Ruido, alto desgaste

Aplicaciones húmedas Lubricación insuficiente

Frecuencia aplicación Tipo apropiado de lubricante

Herrumbre excesiva

Arrastre del lubricante


Aplicación errónea de la grasa


Alta temperatura Ruido, alto desgaste


Frecuencia aplicación Tipo apropiado de lubricante

Incopatibilidad de las grasas Grado NLGI incorrecto Viscosidad inadecuada del aceite base Sellos Endurecimiento de la Aplicación incorrecta de la grasa grasa

Tipo de espesante Oxidación de la grasa

Grasas


Módulo Seis

Aldiba

Alta temperatura (Estabilidad térmica)

EP

Máx .150º C

Alvania Retinax Máx

EP EP

.150º C

Alvania Retinax Máx

R WB

.150º C

Alta velocidad (Ruido en cojinetes)

Rimula Grease Retinax HDX

Máx .150º C

Malleus

Máx

X X

.180º C

GL

Stamina

Máx

.180º C

X X

Vida de la grasa Bombeabilidad (Larga distancia) Alta carga (Propiedades EP)

X X

Vibración (Estabilidad mecánica) Resistencia al agua Propiedades contra herrumbre Aplicaciones típicas

Rodamientos Molinos papaleros Cojinetes Anti - fricción

= Excelente

Minería Molinos papeleros Reductores

= Bueno

Rodamientos Motores eléctricos Cojinetes grandes Industria en Gral ..

= Adecuado

Maquinarias de obras civiles, equipos de movimientos de tierras, Agricultura, juntas y quinta rueda

X

Engranajes abiertos Molinos de carbón Acerías y cables

= Insuficiente

Motores eléctricos. Rodamientos a alta temperatura Equipo de construcción

U

Grasas MALETIN PROBADOR SHELL DE GRASAS PARA DETERMINAR POR CORRELACION LAS DIFERENTES FRICCIONES FHD Y EHD Este probador y su método plantean de forma sencilla el prototipopor el cual podemos y a través del mismo medir los resultados de fricción que un determinado sistema tribotécnico pueda en el campo real experimenta de su diseño y del desempeño de la grasa que para cojinetes y rodamientos se este empleando bajo lubricación FHD Y EHD FHD Fricción de régimen fluido hidrodinámico EHD Fricción de régimen fluido elastohidrodinámico

CONSIDERACIONES PREVIAS CONSTRUCCION CASO VEHICULO AUTOMOTOR RODAMIENTO DE RUEDA RODAMIENTO DE RODILLOS


Módulo Seis Litio multipropósito generalmente es un SAE 50, por efecto de la presión de Hertz que es función de la fuerza de compresión (véase nota (f)). 2. Aplicable a relaciones de diseño (véase nota (b)) donde 30 < ZN < 300 (en cp x RPM) P P (psi) Régimen < 30 se agrega aditivo E.P. 3. En el caso general los automóviles cumplen ZN > 30 a partir de 36 km./hr. a P temperatura rodamiento de 58°C. Caso verificación un Hyundai/Accent de 1.700 kgf (peso bruto) y 250 kgf (pasajeros) y 50 kgf (equipaje).

Dm = 4.45 cm F = 250 Kgf

Deformación Elástica producida por la Presión de Hertz

rpm = 347 T = 58°C. 1. Lubricación elastohidrodinámica es igual a lu bricación bajo régimen hidrodinámico (véase cita y nota bibliográfica (a)) una vez hecha la corrección de viscosidad absoluta sobre el acei te lubricante con que se elaboró la grasa (tipo

En cada rodillo ó esfera del rodamiento.

(c)Distribución real carga soportada por cada rodillo Q

Q

Grasas Consideración de carga máxima sobre cada rodamiento. Fmax = Bajo régimen EHD (elastohidrodinámico) la duplicación de la carga lo reduce en un < 10%, como se puede apreciar la ecuación de régimen no resulta altamente sensible al aumento de la Q carga incluso a niveles de duplicarla dado que en la ecuación de régimen se verá reflejada por el valor de la variable P (Presión de contacto). Pero por otra parte resulta de la ecuación del régimen EHD de alta sensibilidad a las variaciones que Z y N puedan tener. A continuación y con base en lo anterior se toma la carga Q sobre cada elemento de rodadura del rodamiento como Fmax = F/8 donde F es el peso del vehículo ejemplo. Fmax = F/8 = Peso vehículo/8 (rodamientos/cuatro delanteros y cuatro traseros) a su vez divida el número de elementos rodantes promedio que es 16,5 por rodamiento 2000 kgf / 8 /16,5 x 2204 =33,4 Lbf Verificación: F = radio rodillo = 0.1" r1 = radio rodillo = 0.1” r2 = radio pista interna = 14 mm ó 0.55" L = ancho rodillo = 8 mm ó 0.315" E1 = E2 = módulo elasticidad acero = 31.3 x 106 lb/psi


Módulo Seis = Viscosidad aceite SAE 50 en la grasa (253 cSt a 40°C) (d) Rodamiento Rueda Referencia No. Rodillos No. Rodillos Promedio r2 Promedio Cálculo L = 8 mm = 0.315"

Delantero Interno KLM11749/10 14 16.5 r2 = (d1 + D1) + (d2 + D2) 2 2 r1 = r1" = 2.5 mm = 0.1"

Delantero Externo KLM45449/10 19 16.5 2 + 14 mm = 0.55"

(d) Nomograma SAE 50 a 58°C es 100 cSt y considerando la gravedad específica de = 0.89 se obtiene la viscosidad dinámica = 90 x 0.89 x 1.004 = 90 cp. O sea 90 cp a 58°C. P max = 0.175 x F x E x 1  + 1  4 r1 r2

1/2

/L(en psi)(e)

Z = Viscosidad en cp del aceite básico tipo con el que se hace la grasa, es de un SAE 50 que es 90 cp a 58°C, (temperatura media de operación) y su viscosidad absoluta, corregida por aumento a la presión de Hertz según (f)

Grasas


Módulo Seis

DEMOSTRACION CASO QUE REPRESENTA CONDICIONES REALES VEHICULO VS. PROTOTIPO E IGUAL ECUACION DE REGIMEN ZN/P = 2.09" F = 33,4 Lbf = r1 = radio rodillo = 13 mm = 0.55" L = ancho rodillo = 8 mm ó 0.315"

Z = La Viscosidad absoluta del SAE 50 mineral evaluada a 58°C (temperatura típica de funcionamiento de la grasa en una rueda vehicular) según nomograma de las paramétricas de viscosidad, es de 90 cSt (d), que multiplicados Z = V x β x ℘ = ℘ = gravedad específica del aceite mineral 0.89

E1 = E2 = módulo elasticidad acero = 31.3x10 6psi

β = densidad agua = 1.004 gr/cm3

V = Viscosidad aceite en la grasa que es generalmente SAE 50 (200 a 220 cSt a 40°C)

Z = 80 cp

VALORES DIMENSIONALES CAMPO REAL Hyundai/Accent, llanta rin 13

694 mm/Sg

Coraza Good Year 13 x 175 x 70 Vtr = Velocidad tangencial rodamiento red que representa el producto vehículo = 0,57 km./hr mínima crítica y real, supuesto de empujar por un caminante el carro varado en Vt rod = 694 mm/s x (22,25 mm) = 12.3 mm/s (122.5 mm + 165 mm) 122.5 mm

r.p.m. = 12.3 x 60 = 5.3 rpm 2 x π x 22.25

165 mm

22.5 mm

Grasas


Módulo Seis

1 + r1

P = 0.175 x F x E x

1 r2

1/2

/L

respuesta en psi (e) Manual de Marks Presión máxima soportada por el rodillo 6

P = 0.175 x 33.4 x 31.3 x 10 x

1 + 1 / 0.315 0.1 0.55

1/2

= 82.841

(F) NOMOGRAMA PARA CORRECCION DE VISCOSIDAD POR EFECTO DE LA PRESION DE HERTZ 10 7 10 6

Silicona a 74°C

Viscosidad absoluta

10 5

Aceite Mineral a 50°C

Diester a 55°C

10 4

40.000 cp

10 3

Aceite Mineral a 58°C(Caso ejemplo)

10 2

Diester a 73°C

10 1 1

0

20

40

60

80

100

120 140

160

Presión en Psi x 1000

Aumento de viscosidad en los lubricantes corrientes debido a Max Presión Hertz de cálculo conocida la presión para la corrección de viscosidad según presión de Hertz

ZEDH

P

Z dinámica

9 cp

0 psi

80 cp

2740 cp

82.841 X => X = 80 x 2.740 = 24.357 cp 9

ZH x NH = 24.357 x 5.3 = 1.5340 PH 82.841

Grasas


Módulo Seis

REPRODUCIBILIDAD CASO REAL DEL REGIMEN EHD DEL CASO EJEMPLO A TRAVES DEL PROBADOR CARGA

Reflejando condiciones críticas automóvil Hyundai/ Accent 98 ZxN P

Vel. 35

2,1 Kgf

mm /sg

Condiciones para simular caso ejemplo 1 Temperatura 8°C (Bogotá en mañana fría) 2 Cuatro Rodillos (prototipo) 3 Aceite SAE 50 (Retinax WB-2) 4 Velocidad de 7 cm (longitud de cada pista pro totipo) en 3,0 sg (es el tiempo que se toma halar con el dinamómetro cada patín superior el pro totipo) ó sea 35 mm/sg de velocidad tangencial. N = 35 mm x 60 = 56 r.p.m. 2 xπ x 6 F = Fuerza de compresión máxima por rodillo (que es a su vez el peso del patín superior de 2.1 kgf dividido entre los cuatro rodillos = F/5 rodillos F = 2.1 kg x 2.204 Lbf/kgf/5 = 0.93 Lbf (g) Pmax = [0.175 x (F) x 31.3 x 10 6/ (L x r)] 1/2 r = radio rodillo = 6 mm = 0.24" L = ancho rodillo = 52 mm = 2.01"

12.0mm 52,0mm

Pmax = [ 0.175 x (1.16) x 31.3 x 106 / (2.01 x 0.24)]1/2 Pmax = 3.249 (F) Corrección viscosidad por presión Hertz = Z Dinámica P Z dinámica 9 cp 0 psi 80 cp 20 cp 3,242 x 10 X=>X = 189 cp velocidad prototipo 7 cm/2 sg, ó sea = 56 r.p.m. en cada rodillo N = 56 r.p.m. Z x N = 89 x 56 / 3.249 = 1,534 es < 30 requiere EP

Grasas


Módulo Seis

ZN = 1,534 P Hyundai / Accent (58°C) P = 82,841 x 10 3psi N = 5,217 rpm V = 0,57 km/h

Ef Régimen Régimen Mixto de Lubricación Limitrofe

1,534 ZN = 1,534 P Prototipo

30

(58°C) P = 3,24 x 10 psi N = 56 rpm V = 35 mm/sg

D FH n e im g Ré

y/o

D EH

El incremento de la temperatura es función = (frenado y su disipación de calor)

300

Grasas


Módulo Seis

BENCH MARKING GRASAS EP TEMPERATURA PATIN

°C

RETINAX EP 2 B

MULTIFACK EP 2 B

grs de Fricción Dinámicapara

grsde Fricción Dinámicapara

salir de reposo

y parasubir a

salir de reposo

RPM= 0

RPM = 37,33

RPM= 0

PUNTO GOTEO 180°C MANCHADO A FIN DE PRUEBA

Fgr

MULTIFACK EP 2 y = mx+c ⇒ ⇒

y parasubir a

RPM = 37,33

SIN GRASA A 18 ° C CON GRASA A 18°C 20 40 50 58 75 100 130 150

ANALISIS DE FRICCION BAJO CRITERIO LIQUIDO NEWTONIANO A TEMPERATURA REAL MEDIA DE 58 °C y m = 276,7 – 106,3 0,012

= 14.200

20,838

96,7

246,7

106,3

276,7 276,7 m =

NO FUGO

NO FUGO

NO MANCHO

SI MANCHO

106,3 5,217 rpm Hyundai ó sea 0,57 km./hr ó sea 0,012 m./s

347 rpm Hyundai ó sea 70 km ./hr ó sea 1,46 m./ s

Fgr Retinax EP 2 y = mx+c ⇒ ⇒

Velocidad tangencial de rodamiento = 0.57 Km/h x 1000 m/Km x

Sg 22,55 mm x 3600 h 287,5 mm

y m = 246,7 – 96,7 0,012

= 12.500

18,346

= 0,12 m/sg 246,7

96,7

5,217 rp m 0,012 m/s

347 rpm 1,46 m/s

Grasas


Módulo Seis

Distribución Costos / Minería

Administración 2,87% Mano Operativa 17,23%

Componentes por MttoPreventivo Lubricados 9,57% Componentes por Mtto Preventivo No Lubricados 3,83%

Desconservación Energía (1.38%) 0,96%

Llantas y Trenes Rodamiento 28,72%

Combustible y ó Energía (Eficiencia 41%) 31,59%

Lubricantes 0,43% Costos Generados por Lubricante que Falló 0,96%

Correctivo Daños Fatiga y Variado Origen 1,44%

Despreservación Comp/tes (rel1.25:1 Manual) 2,39%

Distribución Costos / Industria

Administración 6,54%

Componentes por Mtto Preventivo 19,63%

Desconserv Energía (2%) 0,70%

Componentes por Mtto Preventivo No Lubricados 2,80%

Despreservación Comp/tes( rel 1.25:1 Manual) 5,84% Correctivo Daños Fatiga y Variado Origen 2,80% Combustible y ó Energía (Eficiencia 82%) 26,17%

Componentes por Mtto Preventivo Componentes por Mtto 13,07% Preventivo No Administración Lubricados Llantas y Trenes 7,84% 4% Rodamiento 15,69% Mano Operativa 20,92% Lubricantes 0,17% Desconserv Energía ((1.38%+0.5%)*0.6+(2%)* Despreservación 0.4) Comp /tes (rel 1.5:1 1,68% Manual) 6,54% Combustible y ó Energía (Eficiencia 60%) 20,92%

Lubricantes 1,87% Mano Operativa 29,91%

Distribución Costos / Mov.Tierras/Fab.Materiales

Costos Generados por Lubricante que Falló 3,74%


Correctivo Daños Fatiga y Variado Origen 8,72%

Grasas


Módulo Seis Distribución Costos / Movimiento de Tierras e Insumos Agrícolas Administración 8%

Componentes por Mtto Preventivo No Lubricados 1 % Llantas y Trenes Rodamiento 17% Lubricantes 0%

Componentes por Mtto Preventivo 6%

Mano Operativa 31%

Despreservación Comp/tes (r e l 1.25:1 Manual) 3% Desconserv Energía ((1.38%+0.5%)*0.6+(2%) *0.4) 2%

Combustible y ó Energía ( Eficiancia 38%) 22%

Correctivo Daños Fatiga y Variado Origen Costos Generados por 9 % Lubricante que Falló 1%

Distribución Costos / Transporte Admisnitración 2,87% Mano Operativa 17,25%

Componentes por Mtto Preventivo 13,41%

Desconserv Energía (1.38%+0.5%) 0,40%

Combustible y ó Energía (Eficiencia Energía 38%) 28,75%

Componentes por Mtto Preventivo No Lubricados 10,54% Llantas y Trenes Rodamiento 19,16% Lubricantes 0,43%


Despreservación Correctivo Daños Fatiga y Variado Origen 2,87%

Comp/tes (rel 1.25:1 Manual) 3,35%

Grasas


Módulo Seis

CONCLUSIONES 1. Tenemos un Λm de menor fricción fluidodinámica del ahorro a orden de = Λm = 23,4/32,66 =0,72 mismo caso anterior en menor tendencia generadora de fricción, pero si a partir de la mayor fricción inicial por parte de la Multifack EP. 2. Perdidas de energía T = Torque = Fricción x Vueltas = Pot = Potencia = T(gr)*9.8 x R.P.M./60/1000 = Kw ΛPot = (Fricción Grasa mayor 58°C - Fricción grasa menor a58°C) x R.P.M./60 ΛPot = Pérdida Velocidad = 347 r.p.m. x 2 π x 0.0225 = 1.46 mts/sg 60 Fricción en las rodamientos vehículo a 70km./hr y 58°C temp. rodamientos es: = ΛFricción x Velocidad = (Fricción Multifack MP-Fricción Retinax WB) x 1.46 m/s x 8= (20.838 gr – 18.346) x

x 1,46 m/s x 8 x

9.8 dina/gr Newton 1.000 dinas

16,5 (rodillos rodamiento) 5 (rodillos patín)

x

= 940 w

= ó sea 1,26 Hp de una potencia total de = 88 Hp, significa una reducción de la peficiencia mecánica en 1,26 y de gasolina de 5,11% 3. Ahorro en pesos / año que un taxista ganaría con RETINAX EP2 mismo caso anterior. 1440 galones x 0,0511 = 73,6 a 3,500 $/galón, serían $257.544/año - 110 US$/año

Grasas


Módulo Seis

4. Además Retinax EP 2, no causa lacado y carbonización con depósitos propios de su degradación al permanercer en temperaturas cercanas a los 165-180°C, por un espacio no mayor a los 5 minutos. Lo anterior puede suceder cuando tenemos sistemas de frenos recalentados sobre una vía que conduce en baja permanente y considerable velocidad (viaje a Melgar).

Grasas


Módulo Seis

GUIA DE COMPATIBILIDAD AGENTES ESPESANTES GRASAS

ESPESANTE

AL

AL

AL Cplex

Bario

Calcio

Ca Cplex Bentonita

Litio

Ca/Li

Li Cplex

Poliurea

SI

NO

NO

NO

NO

NO

NO

SI

REGULAR

NO

NO

NO

NO

NO

NO

SI

REGULAR

NO

NO

NO

NO

NO

NO

REGULAR

NO

SI

SI

SI

SI

REGULAR

NO

NO

NO

SI

SI

NO

NO

NO

NO

SI

SI

REGULAR

SI

REGULAR

AL Cplex

SI

Bario

NO

NO

Calcio

NO

NO

NO

Ca Cplex

NO

NO

NO

NO

Bentonita

NO

NO

NO

SI

NO

Li

NO

NO

NO

SI

NO

NO

Ca/Li

NO

NO

NO

SI

NO

NO

SI

Li Cplex

SI

SI

NO

SI

SI

NO

SI

SI

Poliurea

REGULAR

REGULAR

REGULAR

REGULAR

SI

NO

REGULAR

REGULAR

REGULAR REGULAR

* SODIO : ES INCOMPATIBLE CON CUALQUIER TIPO DE GRASA

Grasas


Módulo Seis GUIA ESENCIAL DE GRASAS SHELL

CONDICIONES DE OPERACION

APLICACIONES

OTRAS CARAC

XX

XX

ALVANIA R-3

BASICO INDUSTRIA

XX

XX

X

XX

XX

XX

XX

LIBRE Pb

X

XXX

X

XX

XXX

ALVANIA EPR-00

BASICO INDUSTRIA

XX

X

XXX

XX

XX

XX

LIBRE Pb

X

XXX

XX

XX

ALVANIA EP-1

BASICO INDUSTRIA

XX

X

X

XXX

X

XX

XX

XX

LIBRE Pb

X

XX

X

XX

XX

ALVANIA EP-2

BASICO INDUSTRIA

XX

XX

XX

XXX

XXX

X

XX

XX

LIBRE Pb

XX

XXX

X

XX

XX

MALLEUS JB

AGROINDUSTRIA

XXX

X

XXX

XX

XX

LIBRE Pb

XX

X

XX

MALLEUS 3200

AGROINDUSTRIA

XXX

XX

X

XX

XX

XX

XX

SHELL S 8085

AGROINDUSTRIA

XX

XX

X

X

XX XXXX

XX

XX

SHELL INGENIOS

AGROINDUSTRIA

XX

X

X

XXXX

XX

SHELL MINEX

L. MINERIA Y MOV TIERRAS

X

XXX

XXX

XXX

MALLEUS GL 205

L. MINERIA Y MOV TIERRAS

XX

XXXX XXX

X

XX

X XXX

XXX

XX

X

X

LIBRE Pb

XXX X

XX

XX

XXX

XXX CAFE

XX

XX

XX

XXX

XX

XXX

XXX AMARILLA

XX

X

XXX

XXX AMARILLA

X

LIBRE Pb

XX

XXX

XX

XXX

XX

XX

DARINA R-2/R-3

LINEA CEMENTO Y VIDRIO

XXX

X

XXX

XX

XXX

MALLEUS ET

LINEA CEMENTO Y VIDRIO

XXXX

XXX

XX

X

CASSIDA RLS 00

LINEA ALIMENTOS

XXX

XXX

XXX XXXX

X

USDA HI

X

X

CASSIDA RLS 1

LINEA ALIMENTOS

XXX

XX

X

XX

XXX

XXX XXXX

X

USDA HI

X

XX

CASSIDA RLS 2

LINEA ALIMENTOS

XXX

XXX

X

XXX

XXXX XXXX

X

USDA HI

X

XXX

GRASA ROJA

LINEA AUTOMOTRIZ

XXX

LIBRE Pb

X

RETINAX ROD/TOS

LINEA AUTOMOTRIZ

X

XX

XX

XXX

XXX

XX

RETINAX WB 2

LINEA AUTOMOTRIZ

XX

XX

XX

XXX

XXX

XX

XXX

XXX

XXX

LIBRE Pb

XXX

XXX

RETINAX EP-2

LINEA AUTOMOTRIZ

XX

XX

XX

XXX

XX

XXX

XXX

XXX

LIBRE Pb

XXX

XXX

RETINAX LM-2

LINEA AUTOMOTRIZ

XXX

XX

XX

XXX

XXX XXXX XXXX XXX

LIBRE Pb

XX

RETINAX HDX-2

LINEA AUTOMOTRIZ

XXX

XX

XX

LIBRE Pb

XX

XXX

XXX

XXX

XXX

LIBRE Pb

XXX

XXX

XX

X

XXX

X

LIBRE Pb

XXX

XX

XXX

XX

XXX

XXXX XXX XXXX XXXX XXX

XXX

X

NEGRA XX XXXX

LIBRE Pb XXX

X

NEGRA

XX X

XX

LIBRE Pb

X

X

NEGRA

X

LIBRE Pb

XX

X

XXX NEGRA

XX

XXX

XXX

XXX

XXX

XXXX

XXXX

XXX

XXX CAFE

XX

X

LINEA PETROLERA

XXX

XXX

XXX CAFE

XXX

XX

LIBRE Pb

LINEA ACERO Y ALUMINIO

XXX

XX

XXX CREMA

XXX

X

XXX

XXX

XXXX XXXX XXX

XXX

XX

XX

XXX

LINEA ACERO Y ALUMINIO

X

XXX

XXX

XXXX XXX

NERITA HV 2.5

XX

CAFE XXX CAFE

XXXX XXXX

X

ALBIDA EP-2

XXX

X

X

LIBRE Pb

MALLEUS TC1/2

X

XXXX XXXX XXX CREMA

XX

LIBRE Pb

ACOPLES DE ENGRANAJES

X

XXX XXXX

CARGAS DE CHOQUE

XXX

XXXX XXXX LIBRE Pb

ENGRA. ABIERTOS

X

XXXX XXX XXXX XXX XXXX

CABLES

ARTICULACIONES

LIBRE Pb

SEGMENTO

GUIAS DESLIZANTES

XX

RODAMIENTOS

MOTORES ELECTRICOS

CAJAS DE ENGRANAJES

XX

COJINETES

XX

AMBIENTABILIDAD

X

ADHESIVIDAD

AGUA

X

VIDA UTIL

VIDA

XXXX

XX

VIBRACION

XX

XX

EXTREMA PRESION

XX

BASICO INDUSTRIA

BAJA VELOCIDAD

XX

ALVANIA R-2

PRODUCTO

ALTA VELOCIDAD

INDUSTRIA GLOBAL

TEMPERATURA

AEROSHELL 5

COLOR

NEGRA XXXX XXX NEGRA XXX

X

XXX

XXX

XX

XX

X

XXX

X

X

X

X

XXX

NEGRA

XX

XX

XXX

NEGRA XX

CLARA CLARA

XXX

CLARA XX

ROJA

XX

XXX

XX

XX

X

X

XX

XX

X

XXX

X

XX

XXX

XXX

X

XX

XXX

NO RECOMENDABLE MA RGINAL SERVICIO

X

XXX

ROJA

X

XXX

NEGRA

XX

X

XXX

CAFE

XX

X

XXX

NEGRA

BUEN SERVICIO

XX

SOBRESALIENTE EN SERVICIO

XXX

EXCELENTE

XXXX

Grasas


Módulo Seis

VISCOSIDADES LUBRICANTES MINERALES

VISCOSIDAD CINEMATICA CENTISTOKES LUBRICANTES CON KVI < 100 60.000 30.000 15.000 10.000 5.000 3.000 1.600 1.000 500 300 200 150 100 85 48 30 20 15 10 9 8 7 6 5 4 2

0

ISO

GRAFICO ASTM DE VISCOSIDAD-TEMPERATURA ESTANDAR PARA LOS LUBRICANTES INDUSTRIALES DERIVADOS DEL PETROLEO

1.500 1.000 800 680 460 320 220 150 100 68 46 32 22 15

Grasas CITAS BIBLIOGRAFICAS a) Manual de Mantenimiento SKF 1.992 de Rodamientos pag. 207 b) Criterio para diseño dentro de régimen EHD es ZN > 30 < 300 fig. 8.4.5., pag. 8-127, Manual del Ingeniero Mecánico de Marks, edición 9a, 1.995. c) Distribución de la carga en un rodamiento Revista de Rodamientos SKF Española No. 240, 1.992, pag.4 d) Nomograma SAE 50 (aceite conque se elabora Retinax WB-2 que es parte del caso ejemplo) a 58°C es 100 cSt y considerando la gravedad específica de = 0.89 se obtiene la viscosidad dinámica = 100 x 0.89 x 1.004 = 90 cp. O sea 90 cp a 58°C e) Formula para Presión Max entre cilindros pag. 555 manual del Ingeniero Mecánico, Marks 9a. Edición 1.995 f) Nomograma Tutor de Shell Lubricantes, Grasas y Rodamientos, corrección viscosidad absoluta a presión de Hertz. Datos nomograma: Curva aceite mineral a 58°C. g) P= Presión Máxima de compresión según Fórmula/ «Presión Cilindros y Placa Plana»/pag. 5-56 Manual Marks Edición 9a, 1.995 h) Tabla 144, pag. 586, Manual de Tribología de la Lubricación de Pedro Albarracín. i) Pag. 73 Libro Albarracín Líquidos Newtonianos


Módulo Seis

Lubricantes sintéticos Contenido

Introducción Aplicaciones Tipos de lubricantes sintéticos Hidrocarburos sintetizados Polialfaofelinas Alquil Bencenos Polisobutilenos Esteres Diésteres Cambio de aceite mineral a diéster Esteres de poliol Esteres de fosfato Polialquilen glicoles - PAG Siliconas Esteres de silicatos Esteres de polifenil Shell XHVI Lubricantes sintéticos Shell Manejo de aceites usados Qué aceites son compatibles con el medio ambiente?


Módulo Siete Qué es la biodegrabilidad? Toxicidad y ecotoxicidad Bio-acumulación Métodos de prueba Efecto sobre el medio ambiente Cuando pensar dos veces Aceites biodegradables

Lubricantes sintéticos


Módulo Siete

INTRODUCCION Los lubricantes sintéticos, son productos elaborados o sintetizados por reacción química para producir un fluido de alto peso y estructuras moleculares, de características determinadas. Los fluidos base utilizados para su formulación, son elaborados de compuestos químicos específicos, muchos de los cuales son sintetizados del petróleo o del carbón. Es importante tener claro que no existe un lubricante sintético típico. La mayoría de las clases son tan diferentes entre sí, como los aceites minerales lo son de los sintéticos. Entre las ventajas de los lubricantes sintéticos sobre los minerales están: Mayor estabilidad térmica y a la oxidación, mejores características viscosidad - temperatura, desempeño superior en cuanto a volatilidad y fricción.



Módulo Siete

APLICACIONES Una de las principales limitantes para el uso generalizado de los lubricantes sintéticos, es el costo, el cual puede ser muy elevado con relación a los de origen mineral. Por esta razón se emplean en aquellas circunstancias donde un requerimiento particular, no puede ser cubierto con lubricantes convencionales como son: temperaturas muy elevadas, temperaturas excesivamente bajas, lubricación de por vida, períodos de cambio muy prolongados, mayor reducción del consumo de energía, etc. Sus mayores aplicaciones están en: Compresores, unidades de refrigeración, sistemas hidráulicos, sistemas sellados de por vida, sistemas de circulación y bombas de vacío. El hecho de que un lubricante sea sintético, no lo habilita para cualquier aplicación. Donde un aceite puede funcionar excelentemente, otro puede fallar catastróficamente. Para evitar esto, se deben conocer las condiciones de operación, el tipo de fluido a seleccionar y optimizar el mantenimiento.

La expectativa de vida es 8 veces mayor que la de aceites de petróleo.

Tiempo

No. de cambios por año

en horas

8000

ACEITE SINTETICO

1

8000 hrs.

2 4000 ACEITE MINERAL

4

1000 hrs.

8

1000 Tiempo entre cambios

GRAFICA COMPARATIVA ENTRE ACEITES SINTETICOS Y MINERALES

Lubricantes sintéticos TIPOS DE LUBRICANTES SINTETICOS Existe una gran cantidad de lubricantes sintéticos, cada uno de Ellos posee características particulares que los hacen aptos para determinados equipos y aplicaciones. Los principales son: HIDROCARBUROS SINTETIZADOS POLI ALFA OLEFINAS (PAO) ALQUIL BENCENOS POLIISOBUTILENOS ESTERES ESTERES DEACIDOS DIBASICOS (DIESTERES ) ESTERES DE POLIOL ESTERES DE FOSFATO POLIALQUILEN GLICOL SILICONAS, SILICATOS, SILOXANOS.


Módulo Siete



Módulo Siete

HIDROCARBUROS SINTETIZADOS

Son elaborados mediante la combinación química de varios hidrocarburos de bajo peso molecular. Dentro de este grupo, los más importantes son las polialfaolefinas, alquil bencenos y poliisobutilenos que son polímeros de una molécula original.

POLIALFAOLEFINAS Son muy similares a los aceites parafínicos, pero de un nivel de refinación y pureza mucho más elevado. Son estructuras de hidrocarburos y no contienen azufre, fósforo, metales ni ceras. CH 2 = CH 2

CH 3 CH 2 (CH2- CH 2 ) 3CH 2 =CH 2 + OTRA - OLEFINA

ETILENO

- DECENO

actúa como un inhibidor natural contra la oxidación. Son compatibles con los aceites minerales. Tienen capacidad limitada para disolver los aditivos que requiere el lubricante y tienden a contraer los sellos. Para superar estas desventajas, se agrega una determinada cantidad de diéster o polioléster y compuestos que mejoran el desempeño frente a los sellos. Prácticamente las PAO ya se están aplicando en la mayoría de los campos de la lubricación. APLICACIONES: Se emplean como fluidos base en lubricantes para motores, engranjes industriales y automotrices, transmisiones automáticas, compresores, turbinas, cojinetes que trabajan a altas temperaturas y como fluidos hidráulicos.

ALQUIL BENCENOS

1. OLIGOMERIZACION 2. HIDROGENACION C 8H 17

C 8H 17

C 8H 17

CH 3-CH(CH 2- CH) X CH 2CH 2 X = 1(TRIMERO) X = 2 (TETRAMERO) X = 3 (PENTAMERO) X =? (POLIMERO)

4 cSt PAO 6 cSt PAO 8 cSt PAO 40-100 cSt PAO

CARACTERISTICAS: Buena estabilidad térmica, que les permite trabajar hasta los 180°C. Excelente fluidez a baja temperatura debido a que no contienen ceras, pudiendo operar entre los -42 y 65°C. Alto índice de viscosidad, superior a 135. Baja volatilidad. Buena resistencia a la oxidación, siempre y cuando se les incorporen aditivos antioxidantes. Cuando no los tienen, su capacidad antioxidante es inferior a la de los minerales, atribuída a la ausencia de azufre el cual

Se producen mediante la reacción de una olefina con el benceno o con otros componentes aromáticos. Los alquil bencenos pueden ser lineales o ramificados dependiendo de las cadenas alquílicas unidas al anillo bencénico.

*

CATALIZADOR

CH CH

CH CH

C CH2 CH2 R

CH

*

2R CH CH2 + CH

CH CH

CH

CH C

CH2 CH2 R OLEFINA

BENCENO

DIALQUILBENCENO


CARACTERISTICAS: muy buenas propiedades a baja temperatura, buena solubilidad de aditivos. El índice de viscosidad es bajo, aproximadamente 50 para los de cadena lineal y mucho menor para los de cadena ramificada. La estabilidad térmica es buena, muy similar a la de las PAO. Su lubricidad es comparable a la de las bases nafténicas. APLICACIONES: En compresores, transformadores, sistemas de refrigeración, engranajes y sistemas hidráulicos. Cuando se cambia de aceite mineral a alquil bencenos, se puede producir descarbonación debido a su capacidad disolvente.


Módulo Siete POLISOBUTILENOS Se producen por la polimerización de los butenos e isobutilenos. Su principal aplicación es como aislante en transformadores. También se aplica en la extrusión del aluminio cuando éste se debe templar posteriormente. Se utiliza como complemento de básicos de hidrocarburos en formulaciones de aceites semisintéticos para motores de altas revoluciones, especialmente de dos tiempos, por su baja tendencia a producir humos y formar carbones. CH 3 CH 3

C CH 3

CH 2

CH 3 (

CH 2

C CH 3

) n

CH 2

C CH 3



Módulo Siete

ESTERES O

O R

C

OH

+

ACIDO CARBOXILICO

1 CATALIZADOR

HO R

R C OR 1

ALCOHOL

ESTER

+

H2 O AGUA

Los ésteres son el resultado de la reacción química de un ácido orgánico y un alcohol. Cuando un ácido tiene dos grupos carboxilos (grupo funcional característico de los ácidos orgánicos) se llama diácido y el producto de su reacción con alcohol se denomina diéster. El alcohol que tiene más de un grupo hidroxilo (grupo funcional característico de los alcoholes) se llama poliol. El producto de la reacción de un ácido orgánico con un poliol, recibe el nombre de éster de poliol.

DIESTERES O

O

2ROH + HO C (CH2 )n ALCOHOL (R=8, 9, 10, 13)

C OH

ACIDO DIBASICO (N=4, 7, 8)

ADIPICO AZELAICO SEBACICO FTALICO

O

O

RO C (CH2 ) n C OR + 2H2 O DIESTER

ADIPATOS AZELATOS SEBACATOS FTALATOS

AGUA

CARACTERISTICAS: Los diésteres presentan propiedades naturales de lubricidad y de alta detergencia y dispersancia, por lo que reciben el nombre de lubricantes de operación limpia. Su estabilidad térmica les permite trabajar hasta los 180°C. Pueden operar a baja temperatura, ya que sus puntos de congelación están entre -50 y -60°C. El índice de viscosidad es alto, cercano a 140. Tienen baja volatilidad, alta solvencia tanto para los aditivos como para los depósitos, limpiando los lodos dejados anteriormente; tienden a disolver barnices y lacas. Reblandecen los elastómeros de los sellos, por lo que se recomienda utilizar con estos aceites, sellos de vitón y buna N de nitrilo mediano a alto. Son compatibles con los aceites minerales y son biodegradables. APLICACIONES, se emplean como lubricantes para: Compresores, maquinaria textil y automotores. En la fabricación de grasas que deben operar en rangos de temperatura muy amplios. Como fluidos hidráulicos de alta temperatura, y en pequeñas cantidades se utilizan con las PAO para mejorarles la solvencia de aditivos.

CAMBIO DE ACEITES MINERALES A DIESTERES Drenar el aceite caliente inmediatamente después de parar el equipo. Drenar el aceite del filtro, enfriadores y líneas. Limpiar los depósitos, barnices, lodos y gomas de



Módulo Siete ESTERES DE POLIOL

los cilindros y válvulas.

R

Cambiar los elementos del filtro de aceite.

C=O

Chequear, limpiar, o reemplazar los filtros de aire. Llenar con el grado apropiado de SHELL MADRELA P. Iniciar el ajuste de las ratas de alimentación del compresor a los niveles requeridos. Monitorear la caída de presión a través de los filtros. Los depósitos de carbón de los aceites del petróleo, pueden ser desalojados por la acción detergente de los diésteres. Cambiar los elementos del filtro que sean requeridos. Muestrear el aceite de cárter del sistema, empezando a las 300 horas de operación para determinar los intervalos de drenaje apropiados. NOTA: Si existen depósitos previos que no hayan sido removidos en la limpieza inicial, se debe hacer un lavado inicial con SHELL MADRELA P, para eliminarlos.

O

ACIDOS GRASOS LINEALES

+

POLIOLES ESTORBADOS

R

(C = 5 A 10 )

O

CH

C O CH 2

C

2

O CH O C R 2

CH 2 O

LA AUSENCIA DE HIDROGENO EN ESTA POSICION LLEVA A UNA ALTA ESTABILIDAD TERMICA

C=O R PENTAERITITROL TETRAESTER (R = C 5 A 10)

CARACTERISTICAS: Son similares a las de los diésteres, pero tienen mayor estabilidad a altas temperaturas que éstos. Los puntos de congelación varían entre - 30 y -70°C, dependiendo de los compuestos utilizados en la reacción. Poseen alto índice de viscosidad, superiores a 140, muy baja volatilidad, alta detergencia y dispersancia naturales; mayor biodegradabilidad y estabilidad a la oxidación que los diésteres y el ataque a los sellos es igual a éstos. APLICACIONES: Tienen gran aplicación en la lubricación de turbinas de aviación, debido a su excelente desempeño a altas y bajas temperaturas, que son justamente las características de operación de estos equipos. En la lubricación de turbinas industriales; cadenas de los hornos; para la elaboración de grasas de altas temperaturas y resistentes al fuego y en aceites para motores de dos tiempos de bajas emisiones de humo.


En la reacción de esterificación, se forma agua como subproducto, la cual debe ser eliminada. Cuando el agua está presente como contaminante en un lubricante tipo éster, bajo ciertas circunstancias puede producir la reacción conocida como hidrólisis, la cual invierte la reacción, formando nuevamente el alcohol y el ácido iniciales. Si los ácidos formados son fuertes, se pueden presentar problemas de corrosión. Algunos aditivos pueden estimular la hidrólisis, por lo que se debe ser muy crítico en la selección de los aditivos. El hierro y el zinc presentes también pueden promover la hidrólisis. Esta es más probable que ocurra en los diésteres que en los ésteres de poliol y en caso de que ocurra en éstos, los materiales formados son menos corrosivos.


Módulo Siete



Módulo Siete

ESTERES DE FOSFATO

OR RO

P

O

320°C, e igualmente un alto punto de autoignición el cual supera los 500°C. Atacan las pinturas y sellos convencionales, por lo que se recomiendan sellos de vitón y las resinas epóxicas cuando se requiere pintar las superficies. APLICACIONES: Su principal aplicación es como fluido hidráulico resistente al fuego.

OR Su síntesis se efectúa a partir del oxicloruro de fósforo y alcoholes o fenoles. Los fenoles pueden ser obtenidos sintéticamente o del alquitrán del carbón. CARACTERISTICAS: Tienen excelentes propiedades de resistencia al fuego, las cuales provienen de la presencia de fosfato en una molécula orgánica. No significa ésto, que sean ininflamables. Si la fuente de energía es muy alta y las condiciones son favorables ocurre el fenómeno. Presentan moderada estabilidad térmica, buenas propiedades de lubricidad, buena adhesividad, baja volatilidad. Sus características viscosidad-temperatura son muy pobres, por lo que su índice de viscosidad es muy bajo, entre 0 y 40. Su punto de congelación está entre -3 y -30°C. Poseen alto punto de llama, superior a

En la lubricación de: compresores cuando la temperatura del aire de descarga es alta y de cojinetes de turbinas de vapor. Como aditivos antidesgaste en los lubricantes minerales y sintéticos, debido a que reacciona con el hierro de las superficies metálicas, formando aleaciones de fósforo, que actúan como un reducidor de fricción de bajo punto de fusión.



Módulo Siete

POLIALQUILEN GLICOLES- PAG

CH2 OH CH 2 OH

CH2 OH

( CH2 O CH 2 )n

CH2 OH

También llamados poliglicoles, pueden ser obtenidos por polimerización de óxidos de etileno, o de propileno o una mezcla de ambos para formar copolímeros. En este caso, la relación de óxido de etileno a óxido de propileno en la estructura de la molécula, tiene un efecto muy grande en la solubilidad con otros fluidos. CARACTERISTICAS: Las características de los poliglicoles, dependen del monómero utilizado, así como de la relación entre éstos cuando se trata de copolímeros; del peso molecular y de los grupos terminales de la molécula los cuales pueden ser dioles, si el iniciador de la reacción es agua o glicol y un monoéter si el iniciador es un alcohol. Los poliglicoles elaborados a partir de los óxidos de etileno, son solubles en agua e insolubles en hidrocarburos estando la cantidad de agua que pueden tolerar, determinada por las temperaturas de

operación, carga y viscosidad. Mientras que los poliglicoles obtenidos a partir de óxidos de propileno, son solubles en hidrocarburos, pero no en agua. De ahí, la influencia de la relación de unos y otros en el desempeño de los copolímeros. Estas características de solubilidad, son importantes tenerlas en cuenta porque al utilizar un lubricante soluble en hidrocarburos, en contacto con ellos, tiende a absorberlos diluyendo el lubricante al punto en que la viscosidad es insuficiente para ofrecer una lubricación adecuada, lo que podría ocurrir en un compresor de gas. En este caso, se debe utilizar un PAG, insoluble en hidrocarburos. Los PAG, tienen muy buenas propiedades lubricantes, resistencia de película y capacidad antidesgaste, destacándose la extraordinaria capacidad para soportar todo tipo de cargas y su característica de muy baja fricción. Poseen muy buena estabilidad química y térmica, cuando los PAG se someten a condiciones extremas, también se forman ácidos, pero en lugar de formar cadenas poliméricas, se empiezan a descomponer con un decrecimiento gradual de la viscosidad; la ventaja de esta reacción es que no se forman depósitos pesados de carbón. Tienden a evaporarse durante su operación a las más altas temperaturas, utilizándose como portadores para la dispersión de grafito. Sus excelentes propiedades viscosidad-temperatura se manifiestan en los elevados índices de viscosidad, que pueden oscilar


entre 150 y 400. Mediante la incorporación de aditivos antioxidantes adecuados se consiguen lubricantes estables de larga vida. Presentan puntos de fluidez relativamente bajos, entre -20 y 50°C. Son biodegradables. Su compatibilidad con otros lubricantes es pobre, presentan inestabilidad al corte y una limitada solubilidad de aditivos. Se debe tener precaución en la selección de pinturas y sellos en los equipos que utilizan estos aceites pues no todos son resistentes a los PAG.

APLICACIONES: Su buena estabilidad a altas temperaturas, los hace importantes en la lubricación de compresores de aire y su insolubilidad con el gas natural (los que son insolubles) permite aplicarlos en compresores de gas de proceso. Los PAG se emplean en la lubricación de engranajes y cojinetes industriales que trabajen a altas temperaturas, como algunos encontrados en la industria textil, del caucho, del papel y plásticos, principalmente cuando su solubilidad en agua es importante. Tienen aplicación como aceites de corte, pudiendo separarse de la solución acuosa a altas temperaturas, lubricando las superficies calientes de la herramienta y de la pieza de trabajo. Cuando se utiliza como fluido de temple de metales, la formación de la película de PAG en el metal caliente controla la velocidad de enfriamiento. Los insolubles en agua, se utilizan como fluidos de transferencia de calor, fluidos hidráulicos para alta temperatura y de resistencia al fuego, en la lubricación de compresores de refrigeración (R-12, R-22, con temperaturas en el evaporador hasta de 73°C)


Módulo Siete del tipo de tornillo con cámara de compresión húmeda (el aceite está en contacto con el refrigerante).



Módulo Siete

SILICONAS

R R

Si R

R O

Si R

ciones hidrodinámicas (en las cuales hay una película completa de lubricante separando las superficies metálicas). Tienen baja volatilidad.

R O n

Si

R

R

R = CH , ALQUIL PEQUEÑO, C H 3 6 5

Las siliconas son compuestos orgánicos con enlaces de silicio y oxígeno en sus moleculas. En ellas el silicio sustituye al carbón como elemento primario. CARACTERISTICAS: Poseen índices de viscosidad excepcionalmente altos, superior a 300, bajo punto de fluidez y buena estabilidad térmica y a la oxidación. Si ésta ocurre, los productos de descomposición incluyen óxidos de silicio, que pueden ser abrasivos.

APLICACIONES: El principal uso de las siliconas es como fluido base en grasas que operen en temperaturas de un rango muy amplio, o muy altas; en grasas para válvulas que tienen contacto con el gas cloro y otros agentes químicos oxidantes o corrosivos, también son usados como fluidos hidráulicos especiales y en la lubricación de compresores y cojinetes de los ventiladores de los hornos.

ESTERES DE SILICATOS

R

O

R

R

R

O

O

O

Si O R

O

R

R

O

Si

O

Si

O

O

R

R

O

Son químicamente inertes, no tóxicos, resistentes al fuego y repelentes del agua.

R = ALQUIL y ARIL

La principal desventaja es su baja tensión interfacial por lo que tienden a expandirse y no forman una película lubricante efectiva. Son compatibles con un gran número de plásticos y elastómeros. Ofrecen poca protección contra el desgaste, y su respuesta a aditivos antidesgaste y reducidores de fricción es pobre debido a su baja solubilidad con ellos, razón que limita su aplicación sólo en condi-

CARACTERISTICAS, tienen excelentes propiedades: Viscosidad-temperatura y estabilidad termica, bajo punto de fluidez, buena estabilidad frente a la oxidación. Se descomponen fácilmente en presencia de agua. APLICACIONES: Se utilizan como fluidos de transferencia de calor y como fluido hidráulico especial.


Se emplean también en transformadores y su rango de utilización se extiende entre -22 y 260°C.

ESTERES DE POLIFENIL CARACTERISTICAS: Poseen una excelente estabilidad térmica que les permite trabajar a temperaturas cercanas a los 500°C, resistencia a la oxidación a altas temperaturas y a la radiación. Sin embargo su uso está restringido a temperaturas ambientes, por su alta viscosidad. APLICACIONES: Se utilizan como fluidos de transferencia de calor, como lubricante para bombas de alto vacío, como fluido base para grasas resistentes a la radiación y en complejos de generación de energía atómica.

SHELL XHVI Esta base lubricante, patentada por SHELL, es obtenida por un proceso de hidroisomerización de isociclo parafinas o HVIs. Este proceso produce una base sintetizada de alto índice de viscosidad, excelente solubilidad de los aditivos y una mayor compatibilidad con los combustibles derivados del petróleo (gasolina y diesel), lo cual disminuye riesgos de separación o degradación de los componentes, logrando aportar mayor protección al motor o al equipo, comparativamente con una PAO.


Módulo Siete



Módulo Siete COMPARACION ENTRE ACEITES MINERALES - PAO Y XHVI

PROPIEDAD

XHVI

PAO

915 30 6.2 145 228

1000 30 5.6 140 230

Viscosidad, cSt a: - 18 °C Viscosidad, cSt a: 40 °C Viscosidad, cSt a: 100 °C Indice de viscosidad Punto de chispa, °C

HVI+SHELL VIS 1920 32 5.2 140 210

RESUMEN DE LAS CARACTERISTICAS DE LOS LUBRICANTES SINTETICOS ACEITE BASE

FORTALEZAS

DEBILIDADES

Minerales

Costo Disponibilidad

Desempeño a alta / baja temperatura Estabilidad a la oxidación Formación de depósitos Formación de ceras

PAO

Hidrocarburo Estabilidad hidrolítica

Solubilidad de aditivos Compatibilidad con sellos(encogimiento)

Esteres

Detergencia Dispersancia Biodegrabilidad

Compatibilidad con sellos y pinturas

Poli alquilen glicoles

Inmiscibilidad con gases a alta presión Baja formación de lodos Versatibilidad frente al agua

Incompatibilidad con aceites minerales Higroscopicidad

Poli isobutilenos

Bajo costo

Volatilidad Indice de viscosidad

Esteres de fosfato

Resistencia al fuego

Solvecia Indice de viscosidad

Dialquil bencenos

Refrigeración Compatibilidad Baja temperatura

Solvecia Indice de viscosidad

Siliconas

Resistencia química Sobresaliente índice de viscosidad

Lubricidad Compatibilidad con sellos (encogimiento) Costo



Módulo Siete

LUBRICANTES SINTETICOS SHELL SHELL posee una gama amplia de aceites y grasas sintéticos que le permite atender los diferentes segmentos del mercado. A continuación relacionamos algunos de nuestros productos:

APLICACION

PRODUCTO

BASE SINTETICA

MOTOR CAJAS/TRANSMISIONES ENGRANAJES INDUSTRIALES ENGRANAJES INDUSTRIALES COMPRESORES COMPRESORES HIDRAULICOS RESISTENTES AL FUEGO TURBINAS DE AVIACION

HELIX ULTRA SPIRAX S/DENTAX S HYPERIA S TIVELA SA MADRELLA AS MADRELLA AP SHELL SFR AEROSHELL TURBINE

XHVI-PAO-DIESTERES PAO PAO POLIALQUILEN GLICOL PAO ESTER ESTERES DE FOSFATO ESTER

La información sobre estos productos está disponible en las hojas técnicas de cada uno de ellos.


MANEJO DE ACEITES USADOS El aceite usado puede tener muchos impactos negativos sobre el medio ambiente. Cuando se vierte directamente en la tierra, el aceite usado puede destruir este ecosistema y conducir a contaminar el agua del subsuelo (y el agua potable). Verter el aceite usado por los desagues o descargarlo en lagos y ríos puede destruir el ecosistema acuático natural. Utilizar aceite usado sin los debidos controles puede contaminar la atmósfera con metales pesados. En su papel de líder del mercado de lubricantes, Shell se preocupa por mejorar el manejo del aceite usado y por minimizar la contaminación. La quema controlada del aceite usado como combustible suplementario en hornos de cemento puede tener muchas ventajas ambientales y económicas. Existen diferentes opciones para disponer del acei-


Módulo Siete

te usado como son: Mezcla con combustible, fraccionamiento por destilación al vacío, reprocesamiento por refinación, tratamiento ácido y neutralización en rellenos, decantación y centrifugación, tratamiento por arcilla, ultrafiltración por medio de membranas semipermeables, horno de cemento, incineración a alta temperatura, biodegradación bajo condiciones aeróbicas y aplicaciones en bitumen para mezclas asfálticas. Dentro de estas opciones posibles sobresale tanto para el medio ambiente como desde el punto de vista económico, la de reciclar en hornos de cemento el valor energético del aceite usado. Los peligrosos contaminantes del aceite usado, tales como hidrocarburos aromáticos policíclicos, hidrocarburos clorinados y metales pesados se destruyen o se hacen inofensivos a través del proceso de fabricación de cemento. Está permitido como máximo contenido de aceite el 5% en peso, sobre el total de combustible.

Lubricantes sintéticos QUE ACEITES SON COMPATIBLES CON EL MEDIO AMBIENTE? Exceptuando el agua pura ningún producto es realmente bueno para el medio ambiente. En lo que se refiere a lubricantes, su denominación de aceptables para el medio ambiente se utiliza en general para referirse a los aceites que se desintegran rápidamente en el medio. Sin embargo, la biodegradabilidad de un aceite no es suficiente para determinar si es o no compatible con el medio. La toxicidad de un aceite es otro de los factores que se debe tener en cuenta.


Módulo Siete

Lubricantes sintéticos QUE ES LA BIODEGRADABILIDAD? Tanto el suelo como el agua contienen una gran cantidad de microorganismos. Cuando una substancia, cualquiera que ella sea, entra en contacto con microorganismos, estos empiezan inmediatamente a tratarla y a desintegrarla en componentes más pequeños. Biodegrabilidad es la medida de la rapidez con la que una substancia es desintegrada completamente. Los aceites vegetales y la mayoría de los aceites sintéticos se desintegran más rápidamente que los aceites minerales, estos requieren un poco más de tiempo. Sin embargo, la relativa tendencia de un lubricante para desintegrarse no es suficiente para evaluar con exactitud su efecto sobre el medio. Cuando se evalúan los efectos de un lubricante sobre el medio ambiente es importante distinguir entre sus efectos primario y secundario. El primero es el efecto directo del producto sobre el medio, por ejemplo, contaminación del agua. El segundo es el efecto por utilización del producto en diversas aplicaciones, es decir, aumento/disminución del consumo como resultado de la lubricidad del aceite en la máquina.


Módulo Siete



Módulo Siete

TOXICIDAD Y ECOTOXICIDAD

BIO-ACUMULACION

Cuando se valoran los efectos biológicos del lubricante, otro aspecto importante es la toxicidad de la substancia para los distintos organismos. Algunas veces los científicos han ido un paso mas allá y tratan de determinar el daño a los distintos ecosistemas. Un ecosistema es un sistema natural cerrado, autosuficiente que comprende diferentes tipos de organismos y materia en que circulan los nutrientes.

Todos los organismos vivos absorben diferentes substancias; algunas se desintegran mientras otras se acumulan. La acumulación de una substancia por un organismo se llama bioacumulación.

Un ejemplo de ecosistemas son los lagos y los bosques.

Lubricantes sintéticos METODOS DE PRUEBA Hay numerosas pruebas para determinar que tan rápidamente se puede desintegrar una substancia, qué tan tóxica es y su capacidad de bioacumulación. Sin embargo, la mayoría de estas pruebas se desarrollaron para substancias fácilmente solubles en agua. Las substancias que no se disuelven rápidamente en el agua como algunos aceites base y la mayoría de los aditivos, son más difíciles de analizar. Existen algunos métodos de prueba de otros ambientes como tierra y aire. Constantemente, se están desarrollando nuevos métodos de prueba. Más aún, el número de métodos puede aumentar puesto que se están tratando


Módulo Siete

de adaptar a los requerimientos prevalecientes en los diferentes grupos químicos, de los productos en contacto con el ambiente. PRUEBA CEC.L-33-T-82 Este método de prueba mide la biodegradabilidad bajo el criterio de que el 67% de la substancia se desintegra en 21 días. PRUEBAS OECD Las pruebas OECD de gran avanzada, miden los efectos biológicos, químicos, físicos y toxicológicos de las diferentes substancias. Para que una substancia se clasifique como rápidamente biodegradable, una cantidad específica de ella debe desintegrarse a los 28 días en un 60-70%.

Lubricantes sintéticos EFECTO SOBRE EL MEDIO AMBIENTE La biodegrabilidad de los ACEITES MINERALES, es generalmente de 20 - 40%. El umbral de rápida biodegrabilidad de un aceite es 60 - 70%. Sin embargo es importante recordar que estos aceites sí se descomponen, aunque más lentamente por lo que son conocidos como substancias potencialmente biodegradables. Los distintos aceites minerales toman diferentes plazos de tiempo para desintegrarse ya que están compuestos por un gran número de distintos hidrocarburos. Otro punto a tener en cuenta es el diferente sabor de los hidrocarburos ya que los microorganismos responsables de la desintegración van primero por las substancias más “sabrosas” y dejan las otras para lo último. Esta es la razón por la que ciertos hidrocarburos se desintegran más lentamente que otros. Los aceites minerales, en su mayoría, tienen baja toxicidad aguda para los organismos acuáticos.


Módulo Siete

Lubricantes sintéticos CUANDO PENSAR DOS VECES La elección del aceite correcto desde el punto de vista de la biodegradabilidad, no es un asunto fácil. Se hace especialmente difícil en los casos de aplicaciones técnicamente complejas que involucran sistemas hidráulicos diversos. Debe dársele prioridad a las características ambientales del aceite ó a sus características técnicas o a ambas. Lo ideal, por supuesto, es que se desee minimizar el riesgo del daño al medio ambiente sin comprometer el desempeño técnico. No siempre se consigue totalmente esto al reemplazar el aceite mineral con una alternativa compatible con el medio. Los sistemas hidráulicos técnicamente avanzados están sometidos a una fuerte presión. Por un lado, tienen que funcionar a temperaturas bajo cero, por el otro, deben funcionar igualmente bien cuando el calor se hace más intenso. Si todo tiene que funcionar perfectamente, el aceite utilizado en estas aplicaciones debe tener propiedades técnicas excelentes. Es por eso que se elige el aceite mineral para los sistemas hidráulicos; sin embargo, a medida que las exigencias ambientales se van haciendo más rigurosas, algunos usuarios, particularmente los de la industria forestal, están optando por alternativas ambientalmente compatibles.


Módulo Siete

Es cierto que los aceites compatibles con el medio en algunas aplicaciones, se desempeñan satisfactoriamente, pero también es verdad que en ciertos aspectos son técnicamente inferiores a los aceites minerales. Debe, por tanto, hacerse un cuidadoso análisis antes de cambiar el aceite de los sistemas hidráulicos. He aquí algunos ejemplos de situaciones en las que no se debe usar aceites hidráulicos basados en aceites vegetales: - En sistemas de engranajes y/o frenos húmedos que se lubrican con aceite hidráulico. - En sistemas que cuenten con piezas galvanizadas de plomo. - En sistemas que tengan grandes cantidades de agua. Las garantías ofrecidas por los fabricantes de maquinaria son una clara evidencia de la incertidumbre que rodea el desempeño de los aceites vegetales. Las garantías absolutas solamente se dan si el producto ha sido aprobado y se siguen las recomendaciones del fabricante de la maquina. El problema es que nueve de cada diez de estas recomendaciones se aplican a aceites minerales. Para que los lubricantes compatibles con el medio puedan ganar terreno, tiene que haber una colaboración más estrecha entre las partes involucradas.

Lubricantes sintéticos ACEITES BIODEGRADABLES Al ser una de las compañías de petróleo más grandes, SHELL juega un papel clave en la reducción del impacto ambiental de los lubricantes. Esto es algo que tomamos muy en serio. El objetivo de SHELL es llevar la delantera de su industria en el área de la salud, seguridad y el medio ambiente. Para lograrlo escuchamos lo que dicen los expertos, trabajamos en conjunto con las autoridades locales y las universidades y respaldamos varios proyectos de investigación. A lo largo de los años, esto nos ha permitido conseguir una gran cantidad muy útil de información, parte de la cual hemos utilizado lógicamente para formarnos una opinión acerca de los lubricantes biodegradables. Pero, afortunadamente, nada es eterno y podría ser que con algo de ayuda, las viejas verdades sean reemplazadas por otras nuevas. Confirmando nuestro compromiso con el medio ambiente SHELL ha desarrollado una familia de aceites hidráulicos biodegradables SHELL NATURELLE compuesta por los siguientes miembros:


Módulo Siete

SHELL NATURELLE HF-X: Es un fluido de larga vida para trabajo pesado, elaborado a partir de mezclas de ésteres y avanzados aditivos desarrollados por SHELL. Excede la mayoría de las especificaciones para fluidos hidráulicos biodegradables y los requerimientos de los fabricantes de equipos para fluidos biodegradables. SHELL NATURELLE HF-E: Es un fluido de larga vida para trabajo pesado, elaborado a partir de mezclas de ésteres y aditivos especiales desarrollados por SHELL. Cumple la mayoría de las especificaciones para fluidos hidráulicos biodegradables y con los requerimientos de los fabricantes de equipos para fluidos biodegradables. SHELL NATURELLE HF-M: Fluido hidráulico antidesgaste, biodegradable, elaborado a partir de mezclas de ésteres y aceites vegetales. Poseen aditivos antidesgaste, antiherrumbre e inhibidores de oxidación. SHELL NATURELLE HF-R: Fluido hidráulico antidesgaste biodegradable. El fluido base es aceite derivado de plantas naturales cuidadosamente seleccionadas. Contiene aditivos para otorgarles la categoría de fluido hidráulico antidesgaste tipo premium.

Aceites para compresores

Contenido Sección Uno

Compresores de aire reciprocantes Introducción Compresores de aire reciprocantes La lubricación de compresores de aire reciprocantes

Sección Dos Compresores de aire rotatorios Tipos de compresores de aire rotatorios Compresores rotatorios de paletas Compresores rotatorios de tornillo Otros tipos de compresores rotatorios

Sección Tres Aceites lubricantes SHELL para compresores de aire


Módulo Ocho

Aceites para compresores Sección Uno COMPRESORES DE AIRE RECIPROCANTES Los compresores de aire son ampliamente usados en la industria como una fuente de potencia segura, confiable y conveniente. En esta sección nos concentraremos en los compresores reciprocantes veremos cómo trabajan, cómo están lubricados y cómo pueden ser satisfechas las exigencias sobre sus lubricantes. Cuando haya estudiado la información clave en esta sección usted estará en condiciones de: Describir cómo un compresor reciprocante produce aire comprimid. Explicar la diferencia entre un compresor de acción simple y uno de acción doble, y entre compresores de una etapa y los multietapas. Resaltar la función de los filtros de aire de entrada, los enfriadores intermedios, los enfriadores finales, los receptores y los separadores. Resumir las ventajas y desventajas de los compresores reciprocantes. Listar las funciones que debe cumplir un compresor reciprocante.


Módulo Ocho Especificar las características más importantes requeridas por un lubricante para compresores reciprocantes. Si estudia la información suplementaria, Usted podrá: Resumir la relación entre la presión de gas, su volumen y su temperatura. Describir el efecto que la compresión de gas tiene sobre la temperatura; y explicar por qué es más práctico producir un alto grado de compresión en varias etapas con enfriamiento después de cada una de ellas. Explicar por qué la refrigeración de aire comprimido en un sistema de compresión está invariablemente asociado con la condensación de lahúmedad.



Módulo Ocho

INTRODUCCION

Pero el uso más importante de los compresores es el de la producción de aire comprimido, prácticamente toda planta moderna, sitio de construcción o taller está equipado con un suministro de aire

Un compresor es una máquina que admite un gas, lo comprime y lo descarga a una mayor presión. Los compresores tienen muchas aplicaciones industriales.

comprimido. Esta fuente de energía instantánea, segura y flexible puede ser usada para operar todo tipo de herramientas neumáticas, suministrar refrigeración, operar maquinaria y controlar procesos de fabricación de diversos tipos.

Por ejemplo, son utilizados en sistemas de refrigeración, aires acondicionados, en la presurización de gases durante la fabricación de plásticos, polímeros y otros químicos.

TIPOS DE COMPRESORES Desplazamiento positivo

Dinámicos

Centrifugo

Axial

Reciprocante

Rotatorio De un rotor

De dos rotores

Tornillos.

Paleta.

Pistón.

Cruceta.

Anillo Líquido.

Tornillo Sencillo.

Laberinto. Diafragma. Lóbulos.



Módulo Ocho

CLASIFICACION DE LOS COMPRESORES COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO El aire o el gas de trabajo aumenta su presión mediante la reducción de volumen. COMPRESORES DINAMICO Aceleran el gas e incrementan la energía cinética la cual es convertida en presión.

RANGOS DE OPERACION DE DIFERENTES TIPOS DE COMPRESORES

Son muy útiles cuando se requieren grandes volúmenes de aire comprimido, hasta 20000 m 3/min.

10,000

Sin embargo, los compresores de aire se clasifican en dos categorías básicas, las cuales serán objeto de nuestro estudio: Compresores reciprocantes y compresores rotatorios.

1,000

Ambos tipos de compresores pueden generar ambientes críticos para los lubricantes, por lo que se requiere de aceites especiales para su lubricación. Con el objeto de apreciar las necesidades específicas en este campo estudiaremos el funcionamiento de los compresores iniciando con los reciprocantes, tratando los rotatorios en la sección 2.

10

100

Reciprocante Centrífugo Rotatorio Axial

1 0,1 0

Soplador 100

1,000

10,000

100,000 100,000

Capacidad del compresor - litros / segundo.

Aceites para compresores PRINCIPIOS DE LA COMPRESION Todo gas está compuesto por un enorme número de moléculas que se mueven en todas las direcciones, chocando entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene. La presión ejercida por el gas es debida a la colisión de las moléculas con las paredes del recipiente; entre más choques haya y mayor sea la fuerza con que ocurran, mayor será la presión del gas. Para un gas denominado ideal (en donde las moléculas se comportan como unas esferas perfectamente elásticas de tamaño despreciable) hay sólo dos factores que afectan su presión: El volumen y la temperatura.

Módulo Ocho tón moviéndose hacia arriba en un cilindro sellado, su presión aumentará, debido a que las moléculas tienen menos espacio donde moverse y chocarán con las paredes del recipiente más frecuentemente. La relación entre la presión y la temperatura no es tan obvia. La temperatura de un gas está relacionada con la velocidad relativa a la cual se mueven las moléculas. Entre más caliente esté el gas, más rápido se moverán las moléculas. Así, cuando la temperatura de un volumen fijo de gas se incrementa, sus moléculas se mueven más rápidamente y chocan contra el recipiente más frecuentemente y con mayor fuerza, por lo tanto su presión aumenta.

Presión

Volumen

Cuando el volumen de una determinada masa de gas es disminuido, como por ejemplo, por un pis-


Presión Cuando el volumen disminuye, la presión aumenta

Temperatura Cuando la presión aumenta, el volumen disminuye.



Módulo Ocho

COMPRESORES DE AIRE RECIPROCANTES

descargar hasta diez metros cúbicos (10 m3) de aire por minuto. (un metro cúbico contiene 1000 litros o casi 220 galones).

Cómo Trabajan Un compresor reciprocante es básicamente un tipo de bomba en donde el aire es comprimido por un pistón que se mueve dentro de un cilindro. El pistón es empujado, por una biela conectora y un cigüeñal movido por algún tipo de motor. El flujo de aire que entra y sale de la cámara es normalmente controlado por válvulas actuadoras que abren y cierran por diferencia de presión en ambos lados de ellas.

Válvulas

Cámara de compresión

Cilindro

Pistón Biela

Cigüeñal

Los compresores reciprocantes más sencillos son los de acción simple, son máquinas que tienen una sola cámara de compresión y pueden

Un compresor reciprocante

Etapas de trabajo de un compresor reciprocante de acción simple Válvula de entrada

Válvula de salida

1

2

A medida que el pistón desciende en el cilindro, el aire es admitido en el cilindro a través de la válvula de entrada

Cuando el pistón se mueve hacia arriba, la válvula de entrada se cierra y al aire es comprimido

3 Cuando el pistón llega a la parte superior del cilindro la válvula de salida se abre y al aire comprimido es descargado fuera del cilindro

Aceites para compresores COMPRESORES DE UNA ETAPA Y MULTIETAPA Las máquinas que comprimen todo el aire en una etapa, se denominan compresores de una etapa. El grado de compresión del aire, o sea la relación entre los volúmenes en el cilindro cuando el pistón está en la parte baja del recorrido y cuando está en la parte alta del recorrido, es conocida como relación de compresión.


Módulo Ocho máquinas de una etapa se usan para producir presiones hasta de 5 bar (1 bar es aproximadamente equivalente a la presión de una atmósfera la cual es 14.5 lb/in2 a nivel del mar). Cámaras de compresión

Pistón

Cruceta

Una relación de compresión próxima a 10:1, es la más alta que se puede alcanzar en una sola etapa. Este límite es una consecuencia del incremento en la temperatura que sufre un gas, cuando se comprime haciéndose necesario controlar la temperatura del cilindro. En la práctica, las

Compresor de acción doble

Etapas de trabajo de un compresor reciprocante de acción doble

Válvula de entrada

Válvula de salida

1

A medida que el pistón desciende en el cilindro, el aire es admitido dentro del cilindro superior a presión atmosférica mientras que el aire en la cámara inferior es obligado a salir.

2

3

Cuando el pistón se mueve hacia arriba, el aire es admitido en la cámara baja mientras que el aire comprimido es forzado a salir en la cámara superior



Módulo Ocho

Cuando se requieren mayores presiones, la compresión se lleva a cabo en dos o más etapas, enfriando el gas en cada una de ellas mediante un refrigerador intermedio. La refrigeración puede ser con aire, pero en máquinas más grandes se hace usualmente con agua. La ilustración muestra un compresor de doble acción, de dos etapas refrigerado con agua, el cual produce aire a una presión de 7 bares.

Compresor de dos etapas refrigerado con agua Entrada de aire Salida de aire comprimido

Enfriador

Cilindro de alta presión

Cilindro de baja presión

Los compresores multietapas tienen varios cilindros y refrigeradores en un solo conjunto, un ciEl aire a presión atmosférica es admitido a baja presión en el cilindro lindro alimenta al siguiente. Estos se encuentran por la válvula de entrada, es comprimido a cerca de 2 bar y pasado al disponibles en una variedad de configuraciones, enfriador. La mayoría del calor generado durante la compresión es removido por el agua refrigerante. El aire fluye luego al cilindro de que incluyen arreglos verticales, horizontales, Tipo alta presión donde es comprimido a cerca de 7 bar antes de ser desV y Tipo L. Presiones de hasta 850 bares puecargado a través de la válvula de descarga den ser desarrolladas en algunas máquinas multietapas. UNIDADES DE PRESION - TABLAS DE CONVERSION Bar

Atmos

lb / in 2

Kg / cm2

mm.Hg

in.Hg

ft.H2O

1

0.987

14.50

1.020

750.0

29.53

33.46

1 Atmósfera (atmos)

1.013

1

14.70

1.033

760.0

29.92

33.90

1 Libra por pulgada cuadrada

0.069

0.068

1

0.070

51.71

2.036

2.307

1 Kilogramo por centímetro cuadrado

0.981

0.968

14.22

1

735.6

28.98

32.81

1 Milímetro de mercurio (mm.Hg)

0.001

0.001

0.019

0.001

1

0.039

0.045

1 Pulgada de mercurio (in.Hg)

0.034

0.033

0.491

0.035

25.40

1

1.133

1 Pié de gua (ft. H 2O)

0.030

0.029

0.433

0.030

22.42

0.883

1

1 Bar

Aceites para compresores Cuando un gas es comprimido por un pistón, las moléculas que colindan con el pistón aumentan su velocidad. El trabajo realizado por el pistón se transfiere al gas, el cual se calienta. Si la compresión tiene lugar muy lentamente, de tal forma que el gas pueda perder calor hacia los alrededores y mantenerse a la misma temperatura, se dice que su operación es isotérmica. Si la compresión tiene lugar muy rápido, en una cámara aislada, de tal forma que no hay pérdida de calor, se dice que la operación es adiabática. Se debe hacer más trabajo para producir un cambio dado en volumen, adiabáticamente que isotérmicamente, ya que en la compresión adiabática parte del trabajo realizado se usa para producir el cambio de temperatura.

Módulo Ocho el bar como alternativa. Un bar es equivalente a 105 Pascales. En términos de otra unidad frecuentemente usada, pero desactualizada, un bar es casi equivalente a una presión de una atmósfera (que es la presión promedio del aire a nivel del mar) a 1 kg/cm 2 y a 14.5 lb/in2 (o psi). Compresión adiabática

Presión

Compresión Isotérmica y Adiabática


Trabajo ahorrado por enfriamiento entre etapas de compresión

Presión

Más acerca de las unidades de presión La unidad de presión del SI (Sistema internacional) es el Pascal. Esta es la presión producida por una fuerza de un newton aplicada uniformemente sobre un área de un metro cuadrado. El pascal es una medida inconvenientemente pequeña para medir altas presiones, por lo que se usa

Compresión isotérmica

Volumen

Por razones prácticas los compresores industriales operan rápidamente, produciendo condiciones que se aproximan más a la operación adiabática que a la isotérmica. Con el objeto de minimizar el trabajo que tiene que hacer, y para mantener las temperaturas bajas, la compresión se lleva a cabo en varias etapas con enfriamiento del aire en cada una de ellas.

Trabajo extra efectuado durante la compresión adiabática

Primera compresión

Enfriamiento

Volumen El efecto de llevar a cabo una compresión en dos etapas con refrigeración entre cada etapa.

Aceites para compresores OTROS COMPONENTES DEL SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO Filtro de entrada de aire El polvo y la arena presentes en la corriente de aire de entrada, pueden contaminar el aceite lubricante, incrementar el desgaste de las partes móviles y formar depósitos sobre las superficies del compresor y el sistema de aire. Es por lo tanto importante filtrar el aire a la entrada del compresor. Existen diversos tipos de filtros para tal propósito que incluyen filtros de tela secos o aceitados, baños de aceite y separadores centrífugos.


Módulo Ocho Tratamiento por baño de aceite.

El aire pasa a través del aceite al cual se adhiere el polvo.

Separación centrífuga. Un movimiento giratorio de gran movilidad en el aire, causa que las partículas sean expulsadas centrífugamente.

Filtración seca. El aire pasa a través de un medio seco usualmente.

Impregnación viscosa. Se fuerza al aire a que pase por superficies aceitadas a las cuales se adhiere el polvo.

Enfriadores Cuando el aire o un gas en general se comprime, sufre un calentamiento, lo cual hace que la temperatura de operación del equipo sea elevada. Para mantener la temperatura de trabajo del compresor dentro de límites tolerables y permitir que continúe operando eficientemente, los compresores reciprocantes multietapas están equipados con enfriadores intermedios, que pueden utilizar agua o aire. Los enfriadores que utilizan aire, normalmente están compuestos de largos tubos aleteados o presentan un diseño similar al radiador de un vehículo con una corriente de aire soplada por un ventilador.

Aceites para compresores El diseño más común de los enfriadores de agua consiste de una red de tubos a través de los cuales pasa el agua mientras que el gas comprimido pasa sobre ellos. Algunas veces, también, se incorporan enfriadores a la salida del sistema de aire comprimido para asegurar que el aire descargado esté a una temperatura aceptable. Los enfriadores ayudan a la remoción de la humedad que tiende a acumularse cuando el aire comprimido caliente es enfriado. Esta función es muy importante ya que la presencia de agua puede causar herrumbre en los depósitos, líneas de aire y equipos. Puede causar problemas en herramientas neumáticas al condensarse.

Enfriado con aire

Enfriado con agua


Módulo Ocho Depósito El aire descargado de un compresor generalmente se almacena en un depósito o reservorio de aire totalmente lleno. El aire del depósito alimenta a los equipos según su necesidad. Este arreglo suaviza cualquier fluctuación en el suministro de aire comprimido y el compresor no tiene que parar, arrancar o cambiar su frecuencia de descarga para suplir las diferentes necesidades. Adicionalmente actúan como una fuente adicional de enfriamiento y como punto de recolección de agua condensada y de gotas de aceite. Separadores El aire descargado por los compresores reciprocantes está invariablemente contaminado por agua y aceite. Para muchas aplicaciones esto no es problema, pero algunos equipos requieren de aire seco libre de aceite, para conseguir esto es necesario pasar el aire descargado a través de un separador que remueve las gotas de agua y aceite. Una variedad de trampas, filtros y separadores centrífugos pueden ser usados para este propósito.

Aceites para compresores Trampa simple Se somete al aire a un brusco cambio de presión, que ocasiona la aglomeración de la neblina de aceite y la humedad Separación centrífuga Se le imparte un movimiento giratorio al aire, que causa la separación por fuerza centrífuga de las partículas más grandes. Finalmente el aire se dirige hacia superficies diseñadas especialmente o bafles, donde hay un efecto impregnante.

Gasa metálica o Tamiz metálico El aire pasa a través de una serie de hojas múltiples de paño, fibras de coco o lana de madera.

Cojín o colchón de filtración Gotas de agua y aceite son detenidos por una combinación de impregnación y acción capilar.


Módulo Ocho La compresión del aire y la condensación de la humedad El aire normalmente contiene vapor de agua en suspensión y la cantidad que puede contener depende directamente de la temperatura, entre más elevada sea ésta mayor cantidad de agua puede mantener y viceversa. Es por esto que podemos observar en nuestro aliento en una mañana fría, que la humedad que contiene se condensa en pequeñas gotas al enfriarse. La humedad relativa del aire es una relación entre la cantidad de agua que contiene y la máxima que puede contener a una temperatura determinada. Así, el aire que posee la máxima cantidad de agua a una temperatura dada, se dice que tiene una humedad relativa del 100%. También recibe el nombre de saturado. El aire que tiene menos humedad que la máxima posible a una temperatura dada recibe el nombre de parcialmente saturado y su humedad relativa está expresada en términos de saturación completa. Así, el aire con una humedad relativa del 75% tiene tres cuartas partes de la capacidad máxima que puede contener. Cuando el aire se comprime, la presión del vapor de agua que contiene aumenta proporcionalmente. En la práctica la temperatura del aire comprimido tiende a incrementarse y por lo tanto aumenta su capacidad de contener humedad. Sin embargo, cuando el aire comprimido es enfriado, su humedad relativa puede alcanzar el 100% y parte del agua que contenga será condensada.

Aceites para compresores El agua de enfriamiento pasa a través del enfriador a la salida y refrigera el aire comprimido

El aire comprimido es almacenado en el recipiente para aire

Aire comprimido seco y frío

Aire comprimido caliente y húmedo

Enfriador y depósito de aire o tanque de depósito

La cantidad de agua producida por un compresor de aire puede ser considerable. Por ejemplo, una máquina que toma 10 m 3/min de aire con una humedad relativa del 75% a la presión atmosférica y temperatura ambiente, y lo descarga a 8 bares produce cerca de 5 litros de agua por hora. Aire atmosférico, temperatura 20°C, humedad relativa 75 %

Aire comprimido caliente, temperatura 200°C, humedad relativa 60 %

Aire comprimido frío, temperatura 25°C, humedad relativa 100 %


Módulo Ocho Ventajas y desventajas de los compresores de aire reciprocantes Los compresores de aire reciprocantes son las máquinas más simples y confiables. Tienen larga historia de uso en la industria y probablemente existen más compresores de este tipo que de cualquier otro en servicio. Pueden descargar aire en un gran rango de presiones y ratas de flujo, pero son más utilizados donde se requiere descargar aire a presiones superiores a 10 bares y ratas de flujo mayores de 100 m3/min. Es también la única forma práctica de producir presiones de aire muy altas. Las desventajas de los compresores reciprocantes son el ruido y la vibración que invariablemente acompañan su operación, particularmente en máquinas más grandes. Las vibraciones pueden ser reducidas con montajes adecuados de amortiguadores, pero estos requieren de espacio y pueden presentar problemas en la instalación. Además, debido a que los compresores reciprocantes contienen partes móviles, su mantenimiento puede ser una tarea costosa y dispendiosa. Por estas razones tienden a ser reemplazados por compresores de aire rotatorios los cuales, si bien no pueden alcanzar presiones tan altas, son mucho más silenciosos, más compactos, fáciles de mantener y económicos de operar.

Aceites para compresores LA LUBRICACION EN UN COMPRESOR RECIPROCANTE FUNCIONES DEL LUBRICANTE Los compresores están diseñados y construidos dentro de los más altos estándares de ingeniería debido a que generan fuerzas considerables y altas temperaturas. Su operación segura y confiable demanda que sean correctamente lubricados, su lubricación comprende tanto los cilindros como los cojinetes del cigüeñal, muchos compresores reciprocantes utilizan un sólo sistema para la lubricación de los dos conjuntos. En otros, los sistemas son separados y hasta pueden demandar aceites diferentes, por ejemplo en los compresores de gas natural se emplean lubricantes sintéticos por que el gas natural es soluble en aceite mineral, pero éste puede ser empleado para la lubricación del cigüeñal. El lubricante en los compresores reciprocantes cumple varias funciones: Lubricación La principal función del lubricante es reducir la fricción entre las partes móviles y cualquier tipo de desgaste. Tiene que lubricar tanto los pistones en sus cilindros y los cojinetes del cigüeñal que mueven los pistones. Refrigeración Los pistones y cilindros de un compresor reciprocante son normalmente enfriados con agua o aire. Sin embargo, el calor es retirado de las superficies de los cojinetes por el aceite lubricante.


Módulo Ocho Protección El lubricante debe también prevenir la corrosión. Esto puede ser una tarea difícil ya que los compresores tienden a producir calor y condiciones de humedad que promueven la corrosión. Sellado En el interior de los cilindros de un compresor reciprocante se generan altas presiones. El lubricante debe producir una película suficientemente fuerte para evitar la fuga de aire entre los anillos del pistón y las paredes del cilindro. Cómo son lubricados los compresores reciprocantes? Lubricación de los cojinetes Su lubricación cubre los cojinetes del cigüeñal, los de cabeza y pie de biela y otras partes que no entran en contacto con el gas que se está comprimiendo. El aceite que lubrica los cojinetes de un compresor reciprocante se encuentra normalmente en el depósito del cárter en la base del compresor. Existen varios métodos para llevar el aceite del cárter a los sitios donde se requiere lubricar, su retorno se efectúa por gravedad. Los cojinetes de los compresores pequeños se lubrican normalmente por salpique, o niebla de aceite levantada por el cigüeñal cuando en su rotación se sumerge en él. En compresores más grandes se utiliza con frecuencia la lubricación con anillo. En este método un anillo de lubricación circula en una ranura del

Aceites para compresores cigüeñal y se sumerge en el aceite. El aceite es llevado por el anillo al cigüeñal y luego alimentado a los cojinetes a través de los canales entre el cigüeñal y la biela. El método más eficiente para la lubricación de los cojinetes, especialmente de compresores grandes, es la lubricación por presión o forzada. Una bomba movida por el cigüeñal, envía aceite a los cojinetes a través de canales en el cigüeñal y la biela.


Módulo Ocho Gran parte del aceite usado para la lubricación del cilindro se pierde en el aire comprimido. Por lo tanto, es importante revisar regularmente el depósito de aceite y completar los niveles requeridos. De lo contrario, la degradación del aceite llevará a un contacto metal-metal, recalentamiento y daño severo.

Para mantener el aceite libre de partículas contaminantes se utilizan filtros de aceite en el lado de la entrada a la bomba y algunas veces, también, a la salida.

Niebla de Aceite

En todos estos métodos de lubricación, es obviamente importante mantener el nivel de aceite dentro de los límites especificados. Si el nivel es muy alto, el exceso de agitación del aceite (batido) puede conducir a elevadas temperaturas y espumación del aceite. Si el nivel es muy bajo, los cojinetes pueden fallar por falta de lubricante. Lubricación del cilindro Los cilindros de los compresores de acción simple, pueden ser lubricados por salpique, mediante aceite lanzado hacia las paredes del cilindro por el colector en la biela. Los cilindros de compresores de acción doble son lubricados por presión mediante el suministro de aceite bombeado directamente a las paredes del cilindro. El aceite puede provenir del cárter o de un tanque separado.

Lubricación por salpique

Lubricante

Lubricante

Lubricación con anillo



Módulo Ocho Por estas razones, los compresores reciprocantes deben ser siempre lubricados con aceites especiales, desarrollados para cumplir en estas condiciones particularmente difíciles. Las características más importantes de los lubricantes usados en compresores reciprocantes son las siguientes:

Lubricación a presión de un compresor de acción doble

La selección de lubricantes para compresores de aire reciprocantes En la mayoría de compresores reciprocantes se emplea el mismo aceite para lubricar los cojinetes y los cilindros. Como los factores que afectan la eficiencia de la lubricación del cilindro, son mucho más críticos que los que afectan a los cojinetes, son aquellos los que determinan la temperatura de operación y por lo tanto la viscosidad y el tipo de lubricante a utilizar. Un lubricante para cilindros realiza un trabajo particularmente difícil. Tiene que lubricar, refrigerar, proteger y sellar en un ambiente hostil muy, caliente donde es extremadamente susceptible a la degradación por calor y oxidación. La situación frecuentemente se hace más crítica por la presencia de agua, la cual puede contaminar el aceite y promover la oxidación, la formación de lodos y la corrosión.

Viscosidad La selección correcta de la viscosidad de el aceite es esencial. Por un lado el lubricante debe ser lo suficientemente viscoso, para prevenir el contacto metal-metal entre las paredes del cilindro y los anillos del pistón y también para proporcionar un sello efectivo que evite fugas del aire comprimido desde el cilindro a través de los anillos del pistón. Por otro lado debe evitarse el uso de aceites muy viscosos por que pueden fallar en la protección de las superficies de trabajo debido a que no se distribuyen bien fácilmente. También tienden a incrementar el arrastre con la consecuente pérdida de potencia. Y además, un aceite de alta viscosidad tiene mayor susceptibilidad para atrapar partículas contaminantes del aire, los cuales se depositarán sobre las superficies de trabajo. Los compresores de una y dos etapas, que operan a presiones moderadas, utilizan con frecuencia aceites de viscosidad ISO 68. Otros grados de viscosidad pueden ser empleados, dependiendo de las condiciones de operación y los requerimientos de la máquina.

Aceites para compresores Los compresores multietapas que descargan a altas presiones, pueden requerir un aceite de viscosidad relativamente alta en los cilindros, en este caso se debe utilizar un aceite diferente para los cojinetes. Indice de viscosidad Es importante recordar, que es la viscosidad del aceite a las temperaturas de operación lo que cuenta. Todo aceite experimenta una reducción en la viscosidad a medida que se calienta. Sin embargo, los diferentes aceites varían considerablemente en la proporción en que se adelgazan cuando la temperatura se incrementa. El aceite ideal para compresor tiene un alto índice de viscosidad, estos es, que su viscosidad presenta una menor variación con la temperatura, que un aceite con bajo índice de viscosidad. Ese aceite debe ser lo suficientemente viscoso a altas temperaturas para dar una lubricación y sellado satisfactorios pero no tan viscoso que a bajas temperaturas haga difícil el arranque.


Módulo Ocho da en compresores debido a que finas películas de aceite sobre superficies calientes de metal están expuestas a corrientes de aire. Las consecuencias pueden ser extremadamente serias. Las lacas y depósitos de carbón que resultan de la oxidación se acumulan alrededor de las partes más calientes del sistema, las válvulas de descarga y la tubería. Los depósitos sobre las válvulas interfieren con su operación y pueden causar fugas, desajustes y recalentamiento. Los depósitos en la tubería de descarga pueden restringir el flujo de aire y causar un incremento en la presión en los cilindros. La temperatura igualmente se incrementa, resultando en un círculo vicioso en donde hay más oxidación de aceite y por lo tanto mayor formación de depósitos. Eventualmente el sistema puede fallar y en el peor de los casos puede haber fuego o explosión. Los lubricantes empleados deben tener la capacidad de mantener los productos de oxidación en solución o dispersión para minimizar la acumulación de depósitos sobre las superficies de trabajo.

Estabilidad térmica y a la oxidación Es inevitable que ocurra algo de oxidación y de descomposición del aceite lubricante a las altas presiones y temperaturas generadas en un compresor reciprocante. Pero, es vital que ésta sea mantenida al mínimo. Por lo que se deben utilizar lubricantes con bases altamente refinadas y aditivos para incrementar la resistencia a la oxidación.

Los compresores reciprocantes que operan a presiones y temperaturas moderadas, se lubrican con aceites minerales altamente refinados y con inhibidores de oxidación y corrosión. Pero, cuando descargan aire a altas temperaturas (más de 180 0C) y o altas presiones (más de 30 bares) los aceites minerales pueden descomponerse y causar una rápida formación de depósitos en válvulas y tuberías.

Los aceites minerales sin aditivos se oxidan más fácilmente. La reacción es particularmente rápi-

En estas condiciones se emplean los lubricantes sintéticos formulados con fluidos base tipo éster.

Aceites para compresores Tales fluidos sintéticos son esenciales a altas temperaturas (más de 200oC) y altas presiones (más de 200 bares). Propiedades anticorrosivas Los compresores reciprocantes operan, normalmente, en condiciones que causan condensación de la humedad. Cuando el agua entra en contacto con una superficie metálica sin proteger, tiende a corroerla y puede ocasionar serios problemas. Las partículas de herrumbre pueden aumentar el desgaste sobre las superficies de los cilindros. También pueden entrar en la tubería de descarga y mezclarse con los depósitos derivados de la descomposición del aceite. Bajo ciertas circunstancias, el aire comprimido caliente puede provocar una reacción química de esta mezcla resultando en el desarrollo de en un “punto caliente”. Si el calor no es disipado, los depósitos aumentarán de espesor y temperatura y pueden iniciar un fuego en la línea de aire. El aceite usado en compresores reciprocantes debe contener inhibidores de corrosión para proteger las superficies metálicas lubricadas del ataque químico. Propiedades demulsificantes En las condiciones calientes y húmedas generadas en los compresores de aire, el lubricante invariablemente llega a contaminarse con agua. ésta tiene efectos nocivos, acelera la descomposición del aceite, hace la lubricación menos eficiente, promueve la corrosión y la herrumbre. Estos riesgos demandan del lubricante muy buenas propiedades demulsificantes para que el agua sea rápidamente separada y drenada del siste-


Módulo Ocho ma, el aceite descontaminado puede ser recirculado. Propiedades demulsificantes En las condiciones calientes y húmedas generadas en los compresores de aire, el lubricante invariablemente llega a contaminarse con agua. ésta tiene efectos nocivos, acelera la descomposición del aceite, hace la lubricación menos eficiente, promueve la corrosión y la herrumbre. Estos riesgos demandan del lubricante muy buenas propiedades demulsificantes para que el agua sea rápidamente separada y drenada del sistema, el aceite descontaminado puede ser recirculado.

Aceites para compresores Sección Dos COMPRESORES DE AIRE ROTATORIOS Los compresores rotatorios de diferentes tipos se emplean frecuentemente como alternativa a los compresores reciprocantes. En esta sección se describen los compresores de aire rotatorios más comúnmente utilizados y sus requerimientos de lubricación. Cuando haya estudiado la información clave de esta sección, Usted podrá: Describir las principales categorías de los compresores rotatorios y distinguir principios básicos bajo los cuales operan. Explicar cómo trabaja un compresor rotatorio de paletas. Explicar cómo trabaja un compresor rotatorio de tornillo. Especificar las características de los lubricantes para compresores rotatorios y de tornillo.


Módulo Ocho Si estudia la información suplementaria, Usted podrá: Describir cómo se lubrican los compresores rotatorios de paletas. Describir cómo se lubrican los compresores rotatorios de tornillo.



Módulo Ocho

TIPOS DE COMPRESORES DE AIRE ROTATORIOS Los compresores rotatorios son máquinas en las que el gas se comprime por la acción de uno o varios rotores. Hay diferentes tipos de compresores rotatorios, los más importantes son: - El compresor rotatorio de paletas o de aleta corrediza. - El compresor rotatorio de tornillo. Los dos tipos de máquinas operan bajo el mismo principio básico del compresor reciprocante; un volumen de aire es atrapado y el espacio que ocupa es reducido de tal forma que el aire se comprime mecánicamente. Estas máquinas son conocidas también como compresores rotatorios de desplazamiento positivo.

Compresor rotatorio de paletas

Compresor rotatorio de tornillo

COMPRESORES ROTATORIOS DE PALETAS Cómo trabajan Los compresores rotatorios de paletas o de paletas deslizantes tienen un rotor el cual está montado excéntricamente en una cámara cilíndrica. El rotor posee una serie de ranuras, cada una de las cuales contiene una paleta que puede deslizarse hacia adentro o hacia afuera de las ranuras. Cuando el rotor gira, las paletas son empujadas hacia afuera de las ranuras por la acción de la fuerza centrífuga entrando sus bordes en contacto con las paredes del cilindro. Esto produce un número de compartimentos los cuales primero se contraen y después se expanden. El aire, que se introduce a la cámara por el orificio de entrada (donde el espacio entre las paletas adyacentes es más amplio), es atrapado entre dos aletas, que lo llevan por el cilindro. Al girar el rotor, se va reduciendo el espacio existente entre las aletas y por lo tanto el aire

Aceites para compresores contenido en ese espacio se comprime. Esto continúa hasta que el aire llega al orificio de salida, donde los compartimentos alcanzan el mínimo tamaño. Los compresores pequeños que operan a bajas velocidades y descargan aire a bajas presiones tienen casi siempre paletas de plástico o de materiales no metálicos. Estas máquinas están usualmente enfriadas por aire; aletas sobre el cilindro de compresión ayudan a asegurar una refrigeración adecuada. En compresores más grandes girando a mayores velocidades, las paletas son generalmente de acero endurecido y su refrigeración se efectúa normalmente con agua que circula a través de una carcasa alrededor del cilindro. Con el objeto de reducir el desgaste entre las


Módulo Ocho puntas de las paletas y las paredes del cilindro, se colocan anillos retenedores sobre las paletas. Los anillos van en ranuras en el cilindro y rotan con las paletas, manteniendo las puntas libres en la pared del cilindro. Paleta deslizante

Chaqueta de enfriamiento

Rotor

Salida de aire comprimido

Entrada de aire

Válvula de No - retorno

Compresor rotatorio de paletas

1. El aire es admitido, dentro de la cámara, a medida que el volumen entre el rotor y su carcasa aumenta. 2. El aire es atrapado entre las paletas y es girado en la cámara volviéndose cada vez más comprimido. 3. El aire comprimido es descarga do del compresor cuando el volumen entre el rotor y la carcasa llega a su mínimo. Cómo trabaja un compresor rotatorio de paletas.

Aceites para compresores Los compresores rotatorios de paletas son máquinas compactas y fáciles de transportar. Están disponibles con capacidades de salida que varían de 0.5 m3/min, el más pequeño, hasta 150 m3/min, suficiente para muchas aplicaciones industriales. Los compresores que operan en una etapa pueden producir presiones de hasta 7 bar. Compresores de dos etapas que incorporan enfriadores se usan para generar presiones de hasta 10 bar o más. La lubricación de los compresores rotatorios de paletas En compresores rotatorios de paletas, éstas necesitan ser lubricadas en la parte en que deslizan (tanto hacia adentro como hacia afuera) en las ranuras en el rotor y donde rozan contra las paredes del cilindro o anillos retenedores. También se lubrican los compresores para sellar las tolerancias internas, enfriar el gas durante la compresión y proteger contra la corrosión. Se han diseñado varios sistemas para su lubricación. Uno de los métodos más comunes es la alimentación de aceite a través de los canales del rotor en la base de cada ranura. Las fuerzas centrífugas expelen el aceite hacia las paredes del cilindro. En otro diseño, utilizado principalmente en máquinas más pequeñas, las paletas son lubricadas mediante una niebla de aceite creada por la inyección de lubricante en el aire de entrada. Los rodamientos del rotor son lubricados a través de un sistema de alimentación de aceite separado que utiliza el mismo aceite.


Módulo Ocho Cualquiera que sea el sistema de lubricación empleado, es necesario un separador de aceite para su remoción del aire comprimido y su retorno al sistema de circulación de aceite.

Aceites para compresores COMPRESORES ROTATORIOS DE TORNILLO La mayoría de los compresores que se comercializan hoy en día son del tipo de tornillo rotatorio. Son preferidos en muchas aplicaciones industriales debido a que son muy poco ruidosos, más compactos, más fáciles de usar y más baratos de operar y mantener, a pesar de que son incapaces de producir las altas presiones que se obtienen en los compresores reciprocantes.


Módulo Ocho Un compresor rotatorio de tornillo de una etapa puede descargar aire a presiones de hasta 5 bar; las máquinas típicas de dos etapas producen presiones de hasta 15 bar. Equipos más modernos, que utilizan tecnología avanzada, pueden descargar a presiones mucho más elevadas. Las capacidades pueden oscilar desde 3 a 500 m3/min.

Cómo trabajan Los compresores rotatorios de tornillo consisten básicamente en dos tornillos o rotores, un rotor macho, que tiene cuatro lóbulos de superficie convexa, y un rotor hembra que tiene seis lóbulos de superficie cóncava, que encajan entre sí uno de los cuales tiene una superficie convexa mientras que el otro tiene una superficie cóncava.

Rotor hembra Puerto de entrada

Puerto de salida

Los tornillos rotan en el interior de una carcasa con orificios de entrada y salida para el aire en los extremos opuestos. A medida que los tornillos rotan, el aire del orificio de entrada es atrapado entre los espacios de éstos conducido y comprimido contra una placa y finalmente descargado bajo presión por el orificio de salida. Como no hay válvulas ni fuerzas mecánicas desbalanceadas, los compresores de tornillo pueden trabajar a altas velocidades y producir volúmenes grandes en equipos relativamente pequeños.

Rotor macho




Módulo Ocho

Cómo trabaja un compresor rotatorio de tornillo

1

1. A medida que los tornillos desencajan, el aire es admitido a través de la válvula de admisión en el espacio entre los rotores.

2. A medida que la rotación continúa, la bolsa de aire es alejada de la entrada y empieza a ser comprimida.

3. Los tornillos continúan avanzando y la bolsa de aire es movida hacia adelante y comprimida contra el plato de descarga.

4. La válvula descarga se abre y el aire comprimido es descargado suavemente a través de ésta.



Módulo Ocho El aire comprimido producido por los compresores con aceite inyectado lleva una cantidad significativa de aceite con él. Este aceite no puede salir de la máquina por razones ambientales y económicas, por lo que el separador de aceite (coolascer) se convierte en una característica importante del sistema de lubricación para remover la mayor parte del aceite del aire comprimido y devolverlo al sistema de circulación. Un filtro terminal a la entrada del depósito de aire comprimido remueve cualquier traza de aceite que no haya sido extraído por el separador.

Más acerca de la lubricación de compresores rotatorios de tornillo La mayoría de los compresores rotatorios de tornillo son del tipo de inyección de aceite en el que el aceite es inyectado a la cámara de compresión a través de un canal central. El aceite se mezcla con el aire y evita el contacto de los rotores y sella cualquier espacio entre ellos. También actúa como un refrigerante efectivo. El mismo aceite es bombeado a los rodamientos del rotor para lubricarlos. El sistema de lubricación de un compresor típico de tornillo se ilustra a continuación.

Filtro de la entrada de aire

Tanque de aire comprimido Filtro final


Filtro coolascente (Separador de aceite)

Filtro de aceite

Tanque de aceite

Aceites para compresores Lubricantes para compresores rotatorios de paletas y de tornillo Igual como ocurre con los compresores de aire reciprocantes, los aceites usados en los compresores de aire rotatorios, deben lubricar, refrigerar, proteger y sellar. Para la lubricación de los compresores rotatorios se recomiendan generalmente aceites con grados de viscosidad ISO entre 32 y 100 y con un alto índice de viscosidad. Los compresores rotatorios de paletas, normalmente requieren de aceites con viscosidades altas dentro de este rango con el fin de mantener una película adecuada y sellos entre las puntas de las paletas y las paredes del cilindro. El principal requerimiento de los aceites empleados en ambos tipos de compresores, es la capacidad para resistir la oxidación bajo las severas condiciones de operación generadas. Esto es especialmente importante para compresores del tipo de inyección de aceite donde éste está íntimamente mezclado con aire comprimido caliente. Las lacas y lodos que resultan de la oxidación del aceite pueden bloquear los filtros e interferir con la eficiencia de operación de las máquinas de diferentes maneras. Por ejemplo, en compresores rotatorios de paletas, los depósitos pueden ocasionar que las paletas se peguen en sus ranuras. Esto no sólo produce una compresión errática, sino que también conlleva al rozamiento y al desgaste. La fricción extra genera mayores temperaturas, promueve más oxidación y conduce a la formación de mayores depósitos.


Módulo Ocho Los aceites minerales altamente refinados, reforzados con aditivos antioxidantes e inhibidores de corrosión, normalmente están en condiciones de dar un servicio satisfactorio, pero en máquinas donde se opera a altas presiones y temperaturas se prefieren aceite sintéticos.



Módulo Ocho

OTROS TIPOS DE COMPRESORES ROTATORIOS

En el compresor de anillo líquido el aire se comprime en el espacio entre las aletas.

Compresores de anillo líquido.

La compresión se produce del siguiente modo: El aire es succionado por el orificio de entrada hacia el cilindro, luego es forzado al espacio entre el líquido y las aletas del rotor que se está reduciendo, y así se comprime.

Rotor

Caja Puerto de descarga Líquido de trabajo

Puerto de entrada

La construcción de un compresor rotatorio de desplazamiento positivo de ANILLO LIQUIDO es similar a la del compresor de aleta corrediza. El rotor se monta excéntricamente en el cilindro y lleva una serie de aletas fijas. Esta construcción se asemeja a la de una simple rueda de paletas. En el compresor de anillo líquido, el cilindro está parcialmente lleno de un líquido, generalmente agua si la máquina comprime aire. El agua se agita en el cilindro por la acción de las aletas del rotor y forma un anillo, la distancia entre el borde interior del anillo líquido y el rotor es variable y con ello varía el espacio entre las aletas.

El aire comprimido sale del cilindro por el orificio diseñado para tal propósito. Se pueden obtener varios ciclos de compresión dando la forma adecuada a la cara interior del cilindro. En la práctica sin embargo, los ciclos se limitan a dos aunque el aire entra continuamente, lo que hace que el compresor de anillo no sea muy eficaz. Estos compresores entregan aire libre de aceite y esto justifica su aplicación en la industria química. Las únicas partes que necesitan lubricación son los cojinetes del eje del rotor que están fuera de la cámara de compresión y pueden ser lubricados con aceite o con grasa.

Aceites para compresores Ventilador tipo Roots o de rotor de lóbulo


Módulo Ocho es pequeño, el aire se comprime en esos espacios y se dirige al orificio de salida. La presión es baja pero el volumen es alto porque el aire fluye constantemente hacia la cámara de compresión. Como no hay contacto metal-metal entre los componentes dentro de la cámara de compresión, las únicas partes que requieren lubricación son los cojinetes del rotor y el mecanismo sincronizador. Los cojinetes pueden lubricarse con grasa o con aceite. En la lubricación por aceite, el mecanismo sincronizador se sumerge en un baño de aceite y los cojinetes se lubrican por la niebla de aceite que produce el mecanismo de acción.

Las principales ventajas del ventilador tipo Roots radican en que se construye fácilmente y se pude confiar en su funcionamiento. Estos compresores tienen dos o más rotores encerrados en una caja. Los rotores tienen lóbulos y giran sobre ejes paralelos separados. Son accionados por mecanismos exteriores que sincronizan los rotores para que engranen correctamente. La compresión se produce de la siguiente manera: El aire es succionado por el orificio de entrada y se introduce en la cámara de compresión. Los rotores al girar fuerzan su paso por la caja. Como el espacio entre los rotores entre sí y entre la caja



Módulo Ocho

COMPRESORES DINAMICOS

dad y aumenta su presión. Luego pasa a la caja.

Los compresores dinámicos se designan también como compresores aerodinámicos o turbocompresores. Tienen paletas o impulsores que giran muy rápidamente para aumentar la velocidad y presión del aire. Los compresores dinámicos, se clasifican en dos tipos según la dirección del flujo del aire a lo largo de los rotores: compresores de FLUJO RADIAL y compresores de FLUJO AXIAL.

Los compresores de flujo radial pueden entregar aire a alta o baja presión, según la forma del rotor y el difusor. El aire puede entrar de un solo lado del rotor y el compresor se denomina entonces de flujo simple.

Compresor de flujo radial o Compresor Centrífugo Unión de entrada

Unión de descarga

Diafragma Difusor

Rodamiento de empuje

Voluta

Tambor de balance de carga Rodamiento del eje

Eje Canal del rodamiento

Impulsor

Unión Sello

Carcasa

COMPRESOR CENTRIFUGO DE CINCO ESTACIONES

El rotor del compresor de flujo radial tiene paletas fijas y gira en una caja de diseño especial. El aire entra en un extremo, aumenta de velocidad y es expelido. Del rotor el aire pasa al DIFUSOR, cuando el aire entra en el difusor, disminuye su veloci-

O puede entrar de ambos lados del rotor al mismo tiempo, y se habla entonces de un compresor de doble flujo. Los compresores de flujo radial pueden ser de una o de varias etapas o pasos.

Compresor de flujo Axial El compresor de flujo axial es similar, en principio, al compresor de flujo radial, con la excepción de que el aire fluye de manera distinta a lo largo del rotor: Se mueve paralelamente al eje del rotor, de aquí el nombre de compresor de flujo axial. En este tipo de compresor, la caja de la cámara de compresión es amplia en el extremo de la entrada del aire y estrecha en el de la salida. La caja lleva montadas series de hileras de paletas curvas fijas que alternan con paletas curvas móviles montadas en el rotor giratorio. En la parte estrecha, las paletas son más cortas y el espacio entre ellas es más pequeño. La curvatura de las paletas fijas es opuesta a la de las paletas móviles. El aire entra por el extremo amplio hacia el primer grupo de paletas móviles. La forma de éstas es tal que aumentan considerablemente la velocidad del



Módulo Ocho Cojinete de muñon y de empuje Unión

Rotor Cilindro

Compresor de Flujo Axial aire antes de hacerlo pasar por el grupo de paletas fijas que sigue. Al pasar por las paletas fijas, el aire reduce su velocidad debido a la forma curva de las paletas y aumenta su presión. El proceso de aumentar y disminuir la velocidad del aire alternadamente y de aumentar cada vez más su presión continúa en toda la longitud del rotor en etapas, debido a la forma de las paletas. El aire comprimido es expelido por la parte estrecha. El compresor de flujo axial es mucho más pequeño que el de flujo radial y puede procesar grandes volúmenes de aire con gran eficacia, ya que una sola unidad es de por sí de varios pasos.

Caja de engrajes

Los sistemas de lubricación de los compresores de flujo radial y de flujo axial, son similares y pueden estudiarse juntos. El rotor y el difusor no se tocan en el compresor de flujo radial; las paletas fijas y las paletas móviles no se tocan en el compresor de flujo axial, por lo tanto no se necesita lubricación interna de ninguno de estos compresores. Los cojinetes y engranajes se lubrican por diversos métodos según el tamaño de la máquina. Las grandes máquinas tienen sus cojinetes y engranajes lubricados por un sistema de circulación de aceite. Las máquinas pequeñas pueden usar grasa, un baño de aceite o anillos de engrase para lubricar los cojinetes.



Módulo Ocho

CLASIFICACION DE LOS LUBRICANTES PARA COMPRESORES DE AIRE Los estándares ISO han sido desarrollados para la clasificación de los lubricantes para compresores de aire teniendo en cuenta las temperaturas y presiones a las cuales operan. CLASIFICACION ISO DE LUBRICANTES PARA COMPRESORES DE AIRE RECIPROCANTES

Trabajo Símbolo

Condiciones de operación Intermitente

Suficiente tiempo para permitir el enfriado entre períodos de operación A) Presión de descarga < 10 bar. Temperatura de descarga < 160 °C. Relación entre etapas < 3 : 1 o B) Presión de descarga > 10 bar. Temperatura de descarga < 140 °C. Relación de compresión de etapa < 3 : 1

Liviano

DAA

Contínuo

Medio

DAB

Intermitente Suficiente tiempo para permitir el enfriado entre períodos de operación

Contínuo

Pesado

DAC

Intermitente o Contínuo

A) Presión de descarga < 10 bar.Temperatura de descarga > 160 °C. o B) Presión de descarga > 10 bar. Temperatura de descarga > 140 °C. pero < 160 °C. o C) Relación de compresión de etapa < 3 : 1 Cuando se es "Medio" para las condiciones A), B), o C) y cuando se espera formación severa de carbones en el sistema de descarga como resultado de experiencias anteriores con aceites de trabajo medio.

CLASIFICACION ISO DE LUBRICANTES PARA COMPRESORES ROTATORIOS

Trabajo Símbolo Liviano DAG

Medio

Pesado

Condiciones de operación Temperaturas de descarga de aire y aire / aceite < 90 °C. Presión descarga < 8 bar.

DAH

Temperatura de descarga de aire y aire / aceite < 100 °C. Presión de descarga = 8 a 15 bar. o Temperatura de descarga de aire y aire / aceite 100 a 110 °C. Presión de descarga < 8 bar.

DAJ

Temperatura de descarga de aire y aire / aceite > 100 °C. Presión de descarga < 8 bar. o Temperatura de descarga de aire y aire / aceite > 100 °C. Presión de descarga = 8 a 15 bar. 0 Presión de descarga > 15 bar.

Aceites para compresores Compresores de refrigeración La refrigeración es el enfriamiento de un espacio o una sustancia por debajo de la temperatura del medio ambiente. Los sistemas modernos logran este propósito por medios mecánicos que aprovechan los principios de la termodinámica. El medio enfriante se hace pasar por el espacio que se desea enfriar retirando calor, el cual es disipado en otra parte del sistema. El medio refrigerante es recirculado nuevamente retirando más calor. El ciclo de refrigeración más comúnmente usado es el vapor-compresión. Hay otros ciclos que no vale la pena describirlos. En los sistemas que operan con el ciclo mencionado, un líquido de bajo punto de ebullición (el refrigerante) circula a través de un sistema que contiene: Vapor a alta presión


Módulo Ocho a. Un compresor, que comprime el gas entrante de una baja presión a una alta presión, elevando su temperatura. b. Un condensador, donde el gas de alta temperatura y presión es enfriado y convertido en un líquido con alta presión. c. Una válvula de expansión, a través de la cual el líquido refrigerante pasa y se reduce su presión de tal forma que se reduce su punto de ebullición. d. Un evaporador, donde el refrigerante ebulle volviéndose gas nuevamente. Mientras se está evaporando, el refrigerante retira calor del área que lo rodea (enfriándola). Después el refrigerante pasa al compresor para que el ciclo

Un compresor comprime el vapor Vapor a baja presión

Un condensador condensa el refrigerante extrayendo el calor hacia el exterior

Un evaporador evapora el refrigerante extrayendo el calor del refrigerador

Válvula de expansión

Líquido a alta presión

Líquido a baja presión

CICLO DE REFRIGERACION COMPRESION DE VAPOR

Aceites para compresores comience nuevamente. Todos los refrigerantes por lo tanto son líquidos de bajo punto de ebullición. Ellos se identifican por un número estándar de un sistema que desarrolló la ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). Una gran variedad de refrigerantes se utilizan como son: Amoníaco (R717), dióxido de carbón (R744), cloruro de metilo (R40), diclorodifluorometano (R12 ó Freón 12), monoclorodifluorometano (R22), triclorotrifluoroetano (R113), y muchos otros hidrocarburos halogenados. La selección del tipo de refrigerante depende de numerosos factores que incluyen: - La temperatura de enfriamiento requerida. - La cantidad de calor que debe ser retirada. - El tipo de compresor usado. - Factores de operación, tal como las presiones del gas en diferentes partes del sistema, para lograr una operación eficiente. - Factores de salud y seguridad, como son inflamabilidad, toxicidad e impacto ambiental. Para escoger el fluido que opere en un ciclo de refrigeración, un importante factor es su comportamiento a bajas temperaturas. El agua, por ejemplo, no puede utilizarse a tem-


Módulo Ocho peraturas por debajo de 0°C y aún a temperaturas moderadamente bajas, se hace necesario el uso de vacío en la sección del evaporador. El amoníaco se usa ampliamente como refrigerante a temperaturas muy bajas, pero para aplicaciones en aire acondicionado no se emplea normalmente, en prevención de fugas que puedan ocurrir en las tuberías o el evaporador dada su naturaleza tóxica. Los hidrocarburos fluorados (Freones) son los más utilizados en el acondicionamiento de aire, por su bajo costo, además de ser afines con los aceites minerales. Tanto para el amoníaco, como para los freones en general, no es necesario mantener presiones de vacío. El tipo de refrigerante afecta también la selección del lubricante para el sistema. La mayoría de los refrigerantes más comúnmente utilizados, incluido el R12, son hidrocarburos fluoroclorados (CFCs) los cuales son relativamente inactivos, pero se acumulan en la atmósfera donde reaccionan y atacan la capa de ozono destruyéndola, y además con otros gases (como dióxido de carbono, metano, y vapor de agua) atrapan el calor generado desde la tierra contribuyendo al "efecto invernadero". Dado lo anterior, el uso de refrigerantes no convencionales debe incrementarse. Una de las alternativas es el R134a, un Fluorocarbono hidrogenado, con nulo potencial de atacar la capa de Ozono ya que se descompone en la atmósfera y no desplaza ni destruye el Ozono.


Shell desarrolló un lubricante sintético Shell Clavus HFC que es compatible con el R134a. Lubricación de los compresores de refrigeración La lubricación de los compresores en los sistemas de refrigeración es más exigente que la de los compresores utilizados para aire o gas en otras aplicaciones, por el cercano contacto entre el refrigerante y el lubricante. Las funciones que debe cumplir un aceite para refrigeración son: Lubricar el compresor para minimizar la fricción y el desgaste. Sellar el gas comprimido entre el lado de alta y de baja presión. Enfriar los cojinetes del compresor, Reducir los ruidos generados por el movimiento del compresor y Aislante eléctrico del motor en compresores herméticamente sellados. Las propiedades más importantes que deben considerarse en la selección del lubricante para estos compresores son: Viscosidad, miscibilidad, propiedades de baja temperatura, estabilidad térmica, estabilidad química y compatibilidad, estudiaremos cada una de ellas. Viscosidad El lubricante debe ser suficientemente viscoso para lubricar el compresor adecuadamente y proveer el sello efectivo donde es requerido. Es importante considerar que muchos de los gases

Módulo Ocho comúnmente utilizados son extremadamente solubles en el aceite y pueden causar un decrecimiento pronunciado en la viscosidad. La solubilidad del refrigerante gaseoso en el lubricante es importante porque el gas disuelto reduce la viscosidad del aceite. Al disminuir la temperatura, la viscosidad de un aceite mineral puro se incrementa. Sin embargo, en presencia de gas refrigerante que se disuelve en el aceite, la viscosidad del aceite se incrementa y después decrece muy rápidamente cuando la temperatura baja. La pendiente de la curva viscosidad temperatura depende de la solubilidad del gas en el aceite, que a su vez depende, entre otra cosas, de la presión. Cuando el refrigerante es soluble en el lubricante, puede ser necesario usar un grado más viscoso de aceite. Oil solo

Aceite / R 22 Log viscosidad

El R134a es incompatible con todos los aceites minerales para refrigeración utilizados actualmente, y con la mayoría de los sintéticos. Este aspecto es muy importante para tener encuenta en las recomendaciones de lubricación.


Aceite / R 12

Nota: el efecto del refrigerante con diferente miscibilidad Temperatura

Miscibilidad La miscibilidad del refrigerante líquido en el lubricante es importante porque inevitablemente algo de aceite se introduce en el circuito, con el refrigerante que descarga del compresor. Si el lubricante y el refrigerante son inmiscibles y no se hace disposición para remover el lubricante, puede causar problemas bloqueando el sistema y en algunos casos dejando sin aceite el compresor, si no se ha diseñado él sistema con separadores de aceite. La miscibilidad de un aceite y un refrigerante depende de las proporciones presentes de cada uno y de la temperatura. En los sistemas que no contienen separadores de aceite, una parte del aceite circula constantemente con el refrigerante, por lo tanto este aceite no debe contener aditivos insolubles (generalmente no contienen aditivos de ninguna clase), y no debe formar cristales de cera o parafinas, o insolubles por la degradación del aceite. Efecto del refrigerante en la miscibilidad con un aceite mineral

Temperatura

R 502

R 22

0

Aceite (% peso)

100


Módulo Ocho Efecto del tipo de lubricante en la miscibilidad con un R 22

Aceite mineral

Temperatura


Aceite semi sintético

0

Aceite (% peso)

100

Las áreas bajo las curvas representan condiciones en las que el aceite especificado y el refrigerante no son completamente miscibles.

Propiedades de baja temperatura La parte más fría del sistema de refrigeración, es la válvula de expansión o evaporador, la temperatura alcanzada aquí es crítica. Parte del aceite inevitablemente llega a este sitio. Por esto es fundamental que el aceite no se solidifique ni forme depósitos de cera en el evaporador, los cuales causan obstrucción, reducen la eficiencia de la transferencia de calor e impiden el retorno del lubricante al compresor, el cual puede llegar a quedarse sin aceite. Igualmente es muy importante el comportamiento de la mezcla refrigerantelubricante a las temperaturas que se alcanzan en ese punto, la cual se debe comparar con el punto de fluidez del lubricante seleccionado. Algunas de las medidas de las características de desempeño a baja temperatura de un aceite de refrigeración incluyen: PUNTO DE FLUIDEZ, PUNTO DE FLOCULACION Y CONTENIDO DE HUMEDAD.

Aceites para compresores El punto de fluidez es más importante para la selección de aceites con amoníaco y otros refrigerantes que son inmiscibles con el aceite. El punto de floculación es una medida de la tendencia de un lubricante a formar un material ceroso floculante en presencia de refrigerante, cuando es enfriado a temperaturas bajas. Es más significativo para seleccionar aceites que van a trabajar con refrigerantes en los cuales son miscibles. Contenido de humedad: Los sistemas de refrigeración deben estar libres de humedad. La presencia de agua en el lubricante puede llevar a la obstrucción del circuito de refrigeración por la formación de cristales de hielo, y en unidades herméticamente selladas al deterioro del aislamiento eléctrico. Estabilidad Química El aceite no debe reaccionar con el refrigerante, ni actuar como un medio para reacciones entre el refrigerante y otros componentes del sistema. En presencia de pequeñas cantidades de aire, humedad y otras impurezas, los aceites inapropiados pueden reaccionar con los refrigerantes para formar lacas y lodos. Un problema particular que se presenta en sistemas que utilizan amoníaco como refrigerante, es que durante el cambio de aceite, agua y aire pueden accidentalmente entrar al sistema. El aceite puede oxidarse y formar productos que por reacción con el amoníaco forman lodos. Es por lo tanto muy importante que el sistema se mantenga seco cuando se realizan cambios de aceite.


Módulo Ocho Estabilidad Térmica El aceite de refrigeración debe ser térmicamente estable. Aunque las temperaturas en los compresores de refrigeración no son tan altas como en los compresores de aire, puede ser suficiente para descomponer aceites inapropiados con la formación de coque como depósitos en las válvulas y en la cámara de compresión. Compatibilidad El aceite también debe ser compatible con los materiales usados en el sistema de refrigeración, incluyendo aislamiento eléctrico, recubrimientos, elastómeros y polímeros. La mayoría de los compresores de refrigeración son lubricados con aceites de base nafténica. Estos aceites tienen por naturaleza puntos de fluidez bajos y son relativamente libres de ceras que pueden congelarse y causar problemas. Los aceites parafínicos normales, son generalmente inapropiados para aplicaciones en compresores de refrigeración, pero excepcionalmente se pueden utilizar aceites intensamente desparafinados. Los aceites de refrigeración son normalmente libres de aditivos, pero algunos contienen aditivos antidesgaste y antioxidantes. Sin embargo se requieren aceites bases especiales para su formulación. Para refrigeración a muy bajas temperaturas (-70oC a -100oC) se deben considerar factores adicionales.

Aceites para compresores Selección del lubricante para muy bajas temperaturas La temperatura más baja a la cual un aceite para refrigeración puede ser usado está determinada por: La naturaleza del lubricante: El punto de fluidez y las propiedades de flujo del lubricante deben ser tales que aseguren que puede continuamente fluir y lubricar eficientemente a la más baja temperatura que encuentre. El sistema de refrigeración: En sistemas de refrigeración industrial, se debe adecuar un eficiente separador de aceite, para que solamente pequeñas cantidades de éste entren al sistema, las cuales no causarán problemas.


Módulo Ocho llegarán al sistema de refrigeración; es importante que el aceite no se solidifique y bloquee el evaporador. La miscibilidad del lubricante y el refrigerante: Si el lubricante y el refrigerante son completemente inmiscibles, las propiedades de fluidez del aceite sólo, son el factor limitante. Si el aceite y el refrigerante son completamente miscibles, el punto de floculación de la mezcla determina el límite de la temperatura más baja. Cuando la miscibilidad es limitada, el punto de floculación de la fase refrigerante en aceite es el factor límite.

En otros sistemas los separadores de aceite no son usados y cantidades sustanciales de aceite Superior a - 50° o - 60 ° C.

Refrigerante y lubricante inmiscible inmiscible.. (Ej.:amoniaco y un aceite mineral) Revisar punto de fluidez del lubricante. Utilice un aceite tipo nafténico o alkilbenceno alkilbenceno.. Refrigerante y lubricante miscibles. miscibles .

Temperaturas de evaporación.. evaporación

(Ej.: R12 y un aceite mineral) Revisar el punto de floculación del lubricante y el refrigerante particular. particular. Refrigerante y lubricante parcialmente miscibles. (Ej.: R22 y lubricante tipo alkilbenceno) Revise las propiedades del lubricante a baja temperatura temperatura..

Inferior a - 70

° C.

Uso de lubricantes (costosos) sintéticos especialmente diseñados,, por ejemplo aceites siliconados y fluidos base diseñados litio.

GUIA DE SELECCION DE LUBRICANTES PARA OPERACION A BAJAS TEMPERATURAS

Aceites para compresores Aceites para compresores de gas Los compresores de gases inertes normalmente se lubrican con los mismos aceites utilizados en los compresores de aire, en este contexto los gases inertes son aquellos que no reaccionan con el aceite lubricante y no condensan en el compresor a la presión de trabajo. Ejemplos de estos son: Nitrógeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono, helio, hidrógeno, neón y gases de alto horno (una mezcla de nitrógeno, monóxido y dióxido de carbono). Aceites minerales convencionales no pueden ser usados en compresores de gases inertes empleados en procesos de trabajo donde no se pueden tolerar trazas de aceite en el gas de proceso. Compresores de gases de hidrocarburos Los compresores reciprocantes son ampliamente utilizados para comprimir gases de hidrocarburo, tanto en procesos químicos e industriales, como para la reinyección en los campos petroleros. Su lubricación presenta problemas particulares cuando se emplean aceites minerales en los cilindros estos son: Disolución del gas en el aceite con la consecuente reducción de viscosidad y los problemas que esto conlleva. El líquido que se forma por la condensación del gas comprimido tiende a lavar el lubricante de las paredes del cilindro, acelerando el desgaste por ausencia de aceite. Pérdida de grandes cantidades de lubricante en el gas descargado. Estos problemas se


Módulo Ocho resuelven con el uso de lubricantes sintéticos basados en polialquilén glicol (PAG). Los gases de hidrocarburo se usan con frecuencia en la manufactura de plásticos, que posteriormente entrarán en contacto con alimentos, tales como polietileno de baja densidad; las máquinas para comprimir estos gases deben ser lubricadas con aceites grado alimenticio. Métodos especiales se han adoptado para la compresión de gases químicamente activos, los cuales reacción con los aceites minerales. Tales gases incluyen oxígeno (que forma mezclas explosivas con el aceite), cloro, cloruro de hidrógeno y dióxido de azufre (reacciona para formar lodos y depósitos). Por ejemplo: El oxígeno es comprimido en compresores libres de aceite o en máquinas lubricadas con aceites sintéticos inertes tales como fluidos siliconados. El amoníaco usualmente se comprime en máquinas dinámicas, pero también pueden ser usados compresores reciprocantes. El amoníaco reacciona con algunos aditivos del aceite en presencia de humedad y forma jabones. Formulaciones especiales de aceites minerales o lubricantes sintéticos son utilizados en compresores reciprocantes de amoníaco.

Aceites para compresores Sección Tres ACEITES LUBRICANTES SHELL PARA COMPRESORES DE AIRE Los aceites para compresores de aire más importantes, en el rango de aceites Shell son:


Módulo Ocho aceite o inyección de aceite y son adecuados tanto como para plantas estáticas como móviles. Aceites Shell Madrela AP Están basados en ésteres. Estos pueden trabajar bien en condiciones que los aceites corrientes no pueden tolerar.

Aceites Shell Corena P Son aceites semisintéticos de altísimo desempeño, basado en mezclas de XHVI (Indice de viscosidad extra alto) y aceites minerales refinados con solventes. Contienen aditivos antioxidantes, anticorrosivos, antidesgaste, antiespuma y dispersantes.

Usos: Los Aceites Shell Madrela AP están diseñados para proveer la mejor lubricación posible para compresores de aire reciprocantes. Aceites Shell Madrela AS Un lubricante sintético de alta especificación formulado con base en fluidos de polialfaolefinas. Esta base sintética confiere excepcional estabilidad a la oxidación a altas temperaturas.

Usos: Los Aceites Shell Corena P son recomendados para la lubricación de todo tipo de compresores reciprocantes para unidades pequeñas de una etapa y máquinas multietapas refrigeradas. Aceites Shell Corena S Los Aceites Shell Corena S son productos de calidad tipo premium basados en aceites con alto índice de viscosidad que han sido tratados para reducir su contenido de aromáticos.

Usos: Los Aceites Shell Madrela AS ofrecen el mejor desempeño y protección para compresores rotatorios de aire, ya sean de paletas o de tornillo. Es ideal para la lubricación de equipos exigentes tales como máquinas rotatorias de dos etapas operando a altas presiones. Puede ser usado en ambientes donde la temperatura ambiente es excepcionalmente alta o muy baja y es adecuado para plantas estáticas o móviles y para uso marino.

Contienen aditivos antioxidantes, anticorrosivos, antidesgaste, antiespuma y dispersantes.

En general, los aceites Shell Corena P y S son preferidos cuando la descarga de aire se hace a temperaturas y presiones bajas. Los aceites sintéticos Shell Madrela AS y AP son diseñados para usarlos en descargas de aire con altas temperaturas y presiones.

Usos: Los Aceites Shell Corena S son recomendados para la lubricación de compresores de aire rotatorios de paletas y de tornillo. Pueden ser usados para máquinas de lubricación por llenado de


Incremento de Temperatura y Presión de descarga

Compresores reciprocantes

Shell Madrela AP 180 °C o 30 bar

Shell Corena Oils P


Módulo Ocho

Compresores rotatorios

Shell Madrela Oil AS 100 °C o 15 bar

Shell Corena Oils S

Aceites para transformadores


Módulo Nueve

Contenido

Sección Uno Transformadores

Clasificación de los aceites en servicio

Introducción

Diagnóstico de fallas en un transformador

Componentes básicos de un transformador Clasificación de los transformadores Categorías de equipos

Sección Dos Lubricantes para transformadores Tipos de lubricantes para transformadores Propiedades de los aceites dieléctricos Composición de los aceites dieléctricos Clasificación de los aceites dieléctricos Proceso de degradación de los aceites dieléctricos Control de calidad de los aceites dieléctricos

Sección Tres Lubricantes Shell para transformadores Superioridad regional de calidad Shell Diala A y Shell Diala AX / Bench Marking

Sección Cuatro Manejo de aceites dieléctricos Toma de muestras de aceites dieléctricos en servicio



Módulo Nueve

Sección Uno

TRANSFORMADORES

Los transformadores se encuentran presentes tanto en la generación de energía eléctrica como en su transmisión y distribución. También, su uso se extiende al campo de las comunicaciones y en aplicaciones domésticas. El papel que desempeñan es de gran importancia económica debido a las graves consecuencias que pueden derivarse de la falla de estos equipos. En su forma más simple, un transformador consiste en un núcleo de hierro dulce que lleva en dos regiones del mismo dos enrollados o devanados que constituyen los circuitos primario y secundario. El circuito o devanado que recibe la potencia eléctrica es el primario, y el devanado secundario es el encargado de entregarla a una red exterior. En el esquema superior, se observan las tres partes mencionadas: 1- Una bobina primaria conectada a una fuente de corriente alterna. 2- Una bobina secundaria.

Ep

Is

Np

Ns

Segundario

Los transformadores son equipos encargados de convertir un voltaje de entrada en otro voltaje de salida.

Ip

Primario

INTRODUCCION

Es

3- Un núcleo laminado de hierro dulce. A veces, como ocurre en muchos transformadores de teléfonos y radiofrecuencia, no hay núcleo alguno y se dice que se trata de un transformador con núcleo de aire. El mecanismo de operación de un transformador es el siguiente; conforme se aplica una corriente alterna en el devanado primario, por inducción electromagnética se genera una corriente alterna en el devanado secundario. La relación entre el voltaje del devanado primario y el voltaje inducido en el devanado secundario es función directa del número de vueltas o arrollamientos de cada devanado. Vp / Vs = Np / Ns Vp = Voltaje de entrada o voltaje en el primario Vs = Voltaje de salida o voltaje en el secundario


Np = Número de vueltas en el primario Ns = Número de vueltas en el secundario

De la fórmula se concluye que, si el número de vueltas o arrollamientos del devanado primario es mayor que el secundario, el voltaje de salida en el transformador es menor que el voltaje de entrada, por lo tanto, se tiene una reducción de voltaje. Pero, si ocurre la situación contraria, es decir, el número de vueltas o arrollamientos del devanado secundario es mayor que el del primario, el voltaje de salida es mayor que el de entrada y se tiene una multiplicación del voltaje. Como analogía mecánica podemos citar lo que ocurre en un par de engranajes, donde la relación de velocidad es una función inversamente proporcional al número de dientes de cada engranaje. N1 Z2 = N2 Z1


Módulo Nueve

Aceites para transformadores Más acerca de

Funcionamiento del Transformador El mecanismo de funcionamiento de un transformador tiene su origen en la LEY DE FARADAY. El descubrió que cuando un elemento conductor atraviesa (corta) líneas de flujo magnético se induce una corriente eléctrica en dicho elemento. En la figura se observa que a medida que el elemento conductor se mueve hacia abajo y corta las líneas de flujo se induce una corriente eléctrica. Entre más rápido sea el movimiento del conductor,

Hacia Abajo Hacia Arriba


Módulo Nueve la señal que recibe el dispositivo medidor (galvanómetro) será mayor por lo tanto se presenta una mayor deflexión de su aguja indicadora. Cuando el conductor se mueve hacia arriba y corta las líneas de flujo se observa el mismo fenómeno que en el caso anterior, excepto que la corriente se invierte. Si no se cortan las líneas de flujo, es decir, si el elemento conductor se mueve paralelamente al campo, no se induce corriente. Como ya vimos, un transformador sencillo consta de una bobina primaria, una bobina secundaria y un núcleo de hierro. Cada bobina está compuesta de una serie de devanados (arrollamientos o espiras). Si una bobina de N vueltas o espiras se mueve y atraviesa las líneas de flujo del campo magnético en un imán, la magnitud de la corriente inducida es directamente proporcional al número de espiras y a la rapidez del movimiento. El mismo efecto se observará cuando la bobina se mantiene estacionaria y el imán se mueve. Los transformadores modernos son tan eficientes que puede considerarse en muchos problemas como un dispositivo transformador perfecto. En la forma más sencilla de la teoría del transformador se supone que: - Son despreciables las resistencias de los devanados. - Es despreciable la pérdida de energía en el núcleo.

Aceites para transformadores - El flujo magnético total atraviesa todas las espiras de ambos devanados. - Las capacidades de los devanados son despreciables. - La permeabilidad del núcleo es muy elevada. Es decir, no hay pérdidas de energía, no hay fugas magnéticas y no se presentan corrientes de excitación. Así, para un transformador ideal las tensiones instantáneas entre bobinas son proporcionales a los números de espiras de los devanados. Vp/Vs = Np/Ns De dónde resulta fácil concluir que si se varía la razón de las vueltas de la bobina secundaria Ns respecto a las vueltas de la primaria Np, un voltaje de entrada (primario) puede suministrar cualquier voltaje de salida deseado (secundario). Ejemplo: En un dispositivo transformador, la bobina del secundario tiene 40 veces más vueltas que la bobina del primario. Si el voltaje de entrada es de 120 V, cual será el voltaje de salida? Vs = 40 x 120 V = 4800 V El rendimiento de un transformador se define como la relación entre la potencia de salida respecto a la potencia de entrada. Si se recuerda que la potencia eléctrica es igual al producto del voltaje por la corriente (P = V x I), el rendimiento o eficiencia de un transformador es: E = VsIs/VpIp donde I p e Is son las corrientes en las bobinas del


Módulo Nueve primario y el secundario, respectivamente. La mayor parte de los transformadores eléctricos son diseñados para obtener rendimientos muy altos, generalmente por arriba del 90%. Finalmente, es importante reseñar que no se obtiene una ganancia de potencia como resultado de la acción de un transformador. Cuando el voltaje se eleva, la corriente se reduce para que el producto V x I no se incremente.



Módulo Nueve

COMPONENTES BASICOS DE UN TRANSFORMADOR

En el desarrollo y perfeccionamiento de los transformadores han influido varios factores. Las propiedades físicas de los materiales de que están construidos han mejorado en gran manera, particularmente los aislantes y materiales magnéticos para los núcleos. La experiencia ha llevado a un empleo más eficaz de los materiales disponibles y a mejorar los métodos de ensamble de los mismos. Adicionalmente, los aceites actuando como medio de refrigeración y aislantes han facilitado la construcción de grandes transformadores de potencia de alta tensión. El servicio que debe realizar un transformador determina las características físicas de su construcción. Los componentes generales son:

NUCLEO El núcleo de los transformadores está formado por chapas (láminas) delgadas de hierro magnético al silicio. En todos los transformadores el núcleo es asegurado por una estructura de prensado que permite reducir las vibraciones, el nivel de ruido y las corrientes de excitación, evitando el


consecuente calentamiento por dichos fenómenos.

Los dos tipos fundamentales de estructura de transformador son el tipo de núcleo, en el cual dos grupos de devanados abrazan a un núcleo único, y el tipo acorazado, en el cual un único grupo de devanados abraza, al menos, dos núcleos dispuestos en paralelo. Una modificación de este tipo es el llamado tipo acorazado distribuido, corrientemente empleado en transformadores de distribución. Para transformadores de potencia y algunos de distribución para alta tensión se utiliza con frecuencia la estructura tipo de núcleo. La elección del tipo de construcción del núcleo se ve influenciada por las características eléctricas que debe aportar, costos de construcción y reparaciones, exigencias del espacio, refrigeración, aislamiento y robustez mecánica. DEVANADOS Los devanados de los transformadores sumergidos en aceite son en general de cobre electrolítico y, en algunos casos especiales, de aluminio. Dependiendo del tipo de bobina pueden tener forma redonda, rectangular o en fleje y, cuando se requiere, las soldaduras son en plata. En los transformadores pequeños para baja tensión se emplea hilo redondo, pero en los transformadores grandes los conductores suelen ser rectangulares. La elección del material de los devanados está influenciada por su costo. El oro y la plata son mejores conductores de electricidad que el cobre


Módulo Nueve pero en el caso de la plata su costo es unas 50 veces mayor comparado con el del cobre. Por sus excelentes características conducción/costo el cobre es el metal de uso casi exclusivo en los devanados de los transformadores Tanto los devanados de baja tensión como los de alta, están provistos de canales de refrigeración para la circulación libre del aceite y están aislados con papel del tipo presspan, revestido con resina epóxica, estable ante las altas temperaturas, que pega íntegramente el papel al cobre del devanado formando un conjunto muy resistente a desplazamientos, lo cual permite después del secado obtener una adecuada resistencia al cortocircuito.


PARTE ACTIVA Los devanados y el núcleo están unidos en una estructura llamada “parte activa”.

Este conjunto se encuentra inmovilizado dentro del tanque del transformador evitando que las vibraciones producidas durante el transporte lo afecten y también, que en el caso de un cortocircuito, no se presenten desajustes o deformación de las bobinas.


Módulo Nueve para permitir la dilatación y contracción térmicas del aceite. En los transformadores de distribución es corriente utilizar un tanque hermético con una cámara de aire suficiente entre la tapa y el aceite que permita que éste comprima o dilate el aire encerrado. En algunos transformadores grandes, la cámara sobre el aceite se llena de nitrógeno mantenido a una presión ligeramente superior a la atmosférica. En general, a los transformadores grandes se les permite “respirar”. Un método utilizado para ello consiste en conectar al tanque principal un tambor

TANQUE PRINCIPAL Los transformadores que emplean la refrigeración por líquido deben tener sus núcleos y devanados necesariamente encerrados en tanques que eviten las pérdidas del refrigerante. Estos tanques están construidos por chapas (láminas) lisas de acero, soldadas entre sí y pueden tener forma redonda, ovalada, elíptica o rectangular. Estos tanques deben tener una holgura suficiente


“conservador de aceite” o tanque de expansión.mEl aceite refrigerante llena el tanque principal por completo y parcialmente el de expansión. En la parte superior de éste existe un orificio de respiración a la atmósfera. El respiradero puede estar equipado de un filtro químico que elimine la humedad y el oxígeno del aire que penetre en el tanque conservador.

REFRIGERACION Y AISLAMIENTO El aislamiento está compuesto por dos clases de material aislante: Sólido y líquido. El material sólido utilizado es la celulosa o papel aislante que recubre a los devanados de alta y baja tensión, y el aislante líquido es el aceite que tiene como función principal la refrigeración. En ciertas aplicaciones, como es el caso de los transformadores instalados en el interior de edificios, es indispensable reducir al mínimo el peligro de incendio a causa del transformador, por lo que no resultan convenientes los transformadores refrigerados por aceite y se emplean los refrigerados por aire, que circula libremente a través del equipo. Las dimensiones de un transformador refrigerado por convección del aire son algo mayores que las de un transformador de igual potencia refrigerado por aceite. Cuando la tensión es inferior a 4000 voltios y convenga reducir el peso del transformador y el espacio requerido por el mismo, éste se puede refrigerar mediante un ventilador. La corriente de aire forzada por el ventilador circulará a través del equipo.


Módulo Nueve Refrigeración por líquido. Uno de los métodos más efectivos de refrigeración consiste en sumergir en aceite las partes del transformador que conducen la electricidad, lo cual sirve para el doble propósito de facilitar la extracción del calor del núcleo y los devanados, y al mismo tiempo, como medio aislante para reducir las pérdidas de energía eléctrica a través del transformador. La pérdida de energía a través del transformador ocurre por la resistencia que oponen sus partes al flujo de electricidad. La analogía mecánica que permite comprender mejor este fenómeno se explica a continuación; cuando hay dos superficies en contacto y en movimiento entre sí, hay una fuerza de resistencia a dicho movimiento conocida como fricción, que obliga a gastar una parte de la energía disponible en vencer esta resistencia, por lo que se dice que hay pérdida de energía. Para el caso de los transformadores se habla de una fricción magnética, que es la fuerza que se opone al flujo de electricidad y causa pérdida de energía eléctrica. Como resulta evidente, el aceite debe tener unas propiedades y características particulares que contribuyan a obtener la máxima eficiencia del transformador. Un aspecto clave a vigilar es que el aceite para transformadores es muy volátil y si se vaporiza hay riesgos de explosión.


Aún cuando no explotara, el aceite puede quemarse produciendo una llama intensa y calor. Por ello los transformadores refrigerados por aceite deben funcionar preferiblemente en el exterior, y si estuvieran en un interior deben hallarse en recintos a prueba de incendio.


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Aceites para transformadores Más acerca de

Materiales componentes de un transformador HERRAJES Son los elementos que permiten la conexión al transformador de los cables de acometida generalmente de cobre. PINTURA El tipo de pintura depende del sitio de instalación del transformador. Las pinturas anticorrosivas y los esmaltes empleados para el acabado son sintéticos. Para transformadores de potencia y sitios agresivos y/o muy salinos se emplean pinturas tipo epóxica y para transformadores de distribución tipo alquídica. El método de limpieza de los equipos, antes de pintarlos, es por chorro de arena (sand blasting). EMPAQUES Se emplean para asegurar la hermeticidad o sellado entre tanque y herrajes. Se fabrican de caucho sintético apto especialmente para aplicaciones que requieran resistencia a los aceites derivados del petróleo, sin llegar a contaminarlos. Poseen buena resistencia a los ácidos y las bases, excepto cuando tengan un fuerte efecto oxidante; además tienen buena resistencia al envejecimiento por temperatura, a la rotura por cargas de choque, baja deformación y buena resistencia eléctrica y a la abrasión.


Módulo Nueve RADIADORES Se emplean cuando la superficie del tanque no es suficiente para disipar el calor o pérdidas de energía generadas en el transformador. Estos elementos son planos y vienen fijamente soldados al tanque. Además de estos componentes básicos, los transformadores vienen equipados con otros elementos y con accesorios tales como los dispositivos de protección contra sobrepresiones, sobretensiones, cortocircuitos, indicadores de nivel de aceite, etc., cuyo uso depende de la potencia del transformador y del grado de protección y confiabilidad que se requiera del sistema.

Aceites para transformadores CLASIFICACION DE TRANSFORMADORES

1. Dependiendo de la red de suministro de energía a la cual se conecte el transformador se distinguen básicamente tres grupos: Transformadores de distribución Para montaje en postes, opera con potencias hasta de 150 kVA (kilo voltio amperio) y transformación de 13.200 a 240 o 120 Voltios. Transformadores tipo subestación Para montaje sobre el piso o en plataforma especialmente construida, opera con potencias de 225 a 2.000 kVA y tensiones hasta de 34.500 Voltios. Transformadores de potencia Para montaje sobre el piso o en plataformas especiales, opera con potencias superiores a 2000 kVA y con tensiones hasta 115.000 Voltios. Normalmente las características técnicas están coordinadas con los requerimientos específicos de cada proyecto. 2. Con relación al tipo de medio aislante y refrigerante se clasifican en: Transformadores sumergidos en aceite Pueden ser con ventilación natural o con ventilación forzada, ésta última aplicable por costos, a transformadores con potencias superiores a 2.000 kVA. Cuando por especificaciones muy particulares en el diseño o empleo se requieran sistemas especiales se pueden construir transformadores


Módulo Nueve en los que por medio de bombas exteriores el aceite circula forzadamente a través de radiadores ventilados adecuadamente. Transformadores tipo seco Son de fabricación especial y se caracterizan porque el núcleo y los devanados no están sumergidos en un líquido aislante y refrigerante. Las bobinas están fabricadas con arrollamientos de aluminio y el aislamiento está constituido por una mezcla de resina epóxica y harina de cuarzo, siendo un material resistente a la humedad e ignífugo (no combustible, es decir no incendiable). Los transformadores tipo seco se utilizan bajo techo, y ocupan normalmente un espacio más reducido que un transformador sumergido en aceite. Son apropiados para operar en sitios con alto riesgo de incendio o explosión. La refrigeración puede ser natural o forzada por medio de ventiladores controlados por temperatura con lo cual se logra un incremento de la potencia hasta un 40% para servicio permanente.

Aceites para transformadores Transformadores Especiales

De acuerdo con exigencias especiales del servicio se requieren transformadores con construcciones no convencionales. Dentro de estos casos se encuentran los siguientes: Transformadores tipo Pedestal o Pad Mounted Dichos transformadores están diseñados para montaje sobre una base de concreto y aptos para instalaciones a la intemperie. Las características constructivas de este tipo de transformador permiten su instalación en lugares donde haya circulación de personas y/o donde el reducido espacio impida el montaje de una subestación tradicional. Transformadores de frecuencia variable Especialmente diseñados para accionamiento de motores de velocidad variable tales como los utilizados en equipos de exploración de petróleo. Transformadores autoprotejidos Incluyen interruptores o switches automáticos para desconectar el transformador cuando está sometido a una sobrecarga que conduce a sobrecalentamiento o para separar el transformador de la red secundaria cuando ocurre un cortocircuito en ésta. Estos transformadores también vienen equipados con pararrayos.


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Aceites para transformadores CATEGORIAS DE EQUIPOS

Con el fin de tener en cuenta las diferentes exigencias de los usuarios, los equipos han sido clasificados en diferentes categorías a saber: Categoría O: Transformadores de potencia para sistemas de tensiones superiores a 420 kV. Categoría A: Transformadores de potencia para sistemas de tensiones superiores a 170 kV y hasta 420 kV. Igualmente están incluidos los transformadores de potencia, cualquiera que sea la tensión asegurada, cuya continuidad de servicio es vital y los equipos similares para aplicaciones especiales que trabajan en condiciones de costos elevados. Categoría B: Transformadores de potencia para sistemas con tensiones superiores a 72,5 kV y hasta 170kV (y aquellos que no pertenezcan a la categoría A). Categoría C: Transformadores de potencia para sistemas con tensiones hasta 72,5 kV (aquellos que no pertenezcan a la categoría A). Interruptores en aceite, selectores y reguladores de corriente alterna blindados. Categoría D: Transformadores de medida para sistemas con tensiones superiores a 170kV. Categoría E: Transformadores de medida para sistemas con tensiones hasta 170 kV. Categoría F: Conmutadores de derivación bajo carga sumergidos en aceite. Categoría G: disyuntores sumergidos en aceite.


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Sección Dos

LUBRICANTES PARA TRANSFORMADORES La eficiencia de un transformador depende no solo de su diseño y la forma de operación, sino también de las características del lubricante utilizado para su refrigeración y aislamiento. De hecho, tal como ocurre en otras aplicaciones, los lubricantes para transformadores deben cumplir una variedad de funciones que incluyen: REFRIGERACION La función más importante que debe desarrollar un aceite dieléctrico es la de enfriamiento y disipación del calor generado durante la operación de los transformadores. Para cumplir de una forma eficaz con este propósito, el aceite debe poseer no solo una buena fluidez, sino también excelente estabilidad térmica y a la oxidación que le permita circular libremente sin dejar depósitos. Para esto se requiere un aceite de baja viscosidad cuidadosamente refinado para prevenir la formación de lodos. AISLAMIENTO La función eléctrica de un aceite para transformador es prevenir la formación de arco entre dos conductores con una diferencia de potencial grande. Solamente con un aceite que esté esencialmente libre de contaminantes y permanezca así a través de todo el periodo de su vida de servicio pueden cumplirse totalmente los requisitos de aislamiento


Módulo Nueve eléctrico. Para ser un excelente aislante el aceite debe tener baja viscosidad, buenas propiedades dieléctricas y buena capacidad de disipar el calor. LUBRICACION El aceite debe proveer una película químicamente inerte y de naturaleza apolar que asegure la protección de las partes metálicas y de los otros materiales presentes en una transformador, sin reaccionar con ellos.

Aceites para transformadores TIPOS DE LUBRICANTES PARA TRANSFORMADORES

ACEITES MINERALES Los aceites dieléctricos de origen mineral se obtienen de un derivado secundario del petróleo en cuya composición predominan los hidrocarburos nafténicos. Las propiedades de un buen aceite de transformador no son propias o no están presentes, en forma exclusiva, en un determinado tipo de hidrocarburo, sino que por el contrario se encuentran repartidas entre varios (Nafténicos, parafínicos y aromáticos). Una composición típica de un buen aceite dieléctrico responde a las siguientes proporciones: - Hidrocarburos Aromáticos: 4 a 7% - Hidrocarburos Isoparafínicos: 45 a 55% - Hidrocarburos Nafténicos: 50 a 60% Los aceites minerales representan el 90% del volumen de ventas de aceites dieléctricos a nivel mundial, casi todo usado en transformadores e interruptores de potencia. Una cantidad menor es usada en capacitores y cables. ACEITES SINTETICOS La aplicación de aceites sintéticos como aislantes eléctricos ha sido muy limitada. Recientemente se han empleado fluidos sintéticos a base de silicona y ésteres de ftalato en aplicaciones especiales donde un alto grado de seguridad y muy


Módulo Nueve amplio tiempo de servicio es requerido. También, últimamente, se están ensayando aceites dieléctricos de naturaleza predominantemente parafínica. Las pruebas y su interpretación son prácticamente las mismas para un aceite sintético a base de silicona que para un aceite mineral. El test de oxidación no se requiere para las siliconas debido a que este material no se oxida (no forma lodos).



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PROPIEDADES DE LOS ACEITES DIELECTRICOS

PROPIEDADES FISICAS VISCOSIDAD Por definición, la viscosidad de un fluido es la resistencia que dicho fluido presenta al moverse o deslizarse sobre una superficie sólida. Mientras más viscoso es el aceite, mayor será la resistencia que ofrecerá a moverse dentro del transformador y será menos efectiva su función de refrigeración. Por esta razón, los aceites dieléctricos deben tener una baja viscosidad para facilitar la disipación del calor generado en la operación del transformador. Las viscosidades máximas establecidas para aceites dieléctricos, a las diferentes temperaturas de evaluación, mediante el método ASTM D445 o D-88, son: 100oC ……………………………....3 cSt. 40oC ……………………………..12 cSt. 0oC ……………………………. 76 cSt. La figura ilustra el comportamiento típico de la viscosidad de un aceite dieléctrico con las variaciones de temperatura.

5000 1800 1000 800 500 400 300

V IS C O S I D A D, cST

Para que un aceite dieléctrico cumpla adecuadamente con su trabajo debe tener ciertas características físicas, químicas y eléctricas. Las principales son:

10000

200 150 100 75 50 40 30 25 20 15 10 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0

3.0

2.0

-30

-20 -15 -10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 110

120

T E M PE R A T U R A ºC

Curva de Viscosidad vs. Temperatura de los aceites Dieléctricos

PUNTO DE FLUIDEZ Se define como la temperatura a la cual el aceite deja de fluir, mientras se somete a un proceso de enfriamiento progresivo. Este dato sirve para identificar diferentes tipos de aceites aislantes. Un punto de fluidez igual o mayor que 0oC indica la presencia dominante de hidrocarburos parafínicos, en tanto que puntos de fluidez del orden de -10oC son propios de las fracciones de petróleo en las cuales predominan los hidrocarburos isoparafínicos. Las fracciones de hidrocarburos nafténicos tienen puntos de fluidez entre -20 a -35oC y las fracciones de hidrocarburos aromáticos llegan a tener puntos de fluidez del orden de los -40 a -60oC.


Puntos de fluidez aceptables para aceites dieléctricos, evaluado mediante el método ASTM D-97, es de - 40oC a - 50oC.

PUNTO DE INFLAMACION Se define como la mínima temperatura a la cual el aceite emite una cantidad de vapores que es suficiente para formar una mezcla explosiva con el oxígeno del aire en presencia de una llama. El punto de inflamación de los aceites dieléctricos se ha fijado con un valor mínimo de 145oC y mientras más alto, será más segura su utilización en transformadores e interruptores de potencia. TENSION INTERFACIAL Conviene recordar que la solubilidad de un líquido en otro y también la viscosidad de ellos dependen, en buena parte, de su tensión superficial. Así por ejemplo, cuando dos líquidos tienen una tensión superficial muy diferente son insolubles, tal como sucede con el aceite y el agua. Ahora bien, en la interface o superficie de contacto de dos líquidos insolubles, se sucede una interacción molecular que tiende a modificar la tensión superficial de ambos líquidos en la zona de contacto; en este caso se habla de tensión interfacial, la cual casi siempre es referida al agua, como patrón de comparación. Existen compuestos que se forman de la descomposición natural de los aceites dieléctricos de origen mineral, que son igualmente solubles tanto en el agua como en el aceite, modificando su tensión interfacial, causando un aumento considerable de la humedad de saturación del aceite y haciéndolo


Módulo Nueve más conductor de la electricidad. La tensión interfacial mínima aceptada para aceites dieléctricos, evaluada por el método ASTM D-971, es de 40 dinas/cm. PUNTO DE ANILINA Temperatura a la cual un aceite dieléctrico se disuelve en un volumen igual de anilina. Sirve como parámetro de control de calidad, ya que un aceite dieléctrico con alto contenido de aromáticos disuelve la anilina a menor temperatura. Temperaturas de disolución entre 78 y 86oC corresponden a un buen dieléctrico. El punto de anilina aceptado para aceites dieléctricos, evaluado mediante el método ASTM D-611, es de 63 a 84oC. COLOR La intensidad de color del aceite dieléctrico depende de los tipos de hidrocarburos que predominen en dicho aceite. Así por ejemplo, las fracciones parafínicas e isoparafínicas son blancas y transparentes, color agua. Las nafténicas varían de amarillo claro a amarillo verdoso. Las aromáticas poseen coloraciones que van desde el amarillo rojizo (naranja) al marrón oscuro. Para los aceites dieléctricos se ha fijado un color máximo de 0,5 (amarillo claro), buscando que el aceite sea predominantemente nafténico. El color se determina mediante el método ASTM D1500.

Aceites para transformadores PROPIEDADES ELECTRICAS

FACTOR DE POTENCIA El factor de potencia mide las pérdidas de corriente que tienen lugar dentro del equipo cuando se encuentra en operación. Estas pérdidas de corriente son debidas a la existencia de compuestos polares en el aceite y a su vez son la causa de los aumentos anormales de temperatura que se suceden en los equipos bajo carga. El factor de potencia máximo permisible (%), evaluado mediante el método ASTM D-924, es: 25oC …………………………………..0,05% 100oC ……………………………….…0,3% RIGIDEZ DIELECTRICA La rigidez dieléctrica de un aceite aislante es el mínimo voltaje en el que un arco eléctrico ocurre entre dos electrodos metálicos. Indica la habilidad del aceite para soportar tensiones eléctricas sin falla. Una baja resistencia dieléctrica indica contaminación con agua, carbón u otra materia extraña. Una alta resistencia dieléctrica es la mejor indicación de que el aceite no contiene contaminantes. Los contaminantes que disminuyen la rigidez dieléctrica pueden usualmente ser removidos mediante un proceso de filtración (filtroprensa) o de centrifugación.


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Aceites para transformadores PROPIEDADES QUIMICAS

ESTABILIDAD A LA OXIDACION Los aceites dieléctricos, en razón de su trabajo, están expuestos a la presencia de aire, altas temperaturas y a la influencia de metales catalizadores tales como hierro y cobre, lo cual tiende a producir en el aceite cambios químicos que resultan en la formación de ácidos y lodos. Los ácidos atacan el tanque del transformador y reducen significativamente la capacidad aislante del aceite con las consecuentes pérdidas eléctricas. Los lodos interfieren en la transferencia de calor (enfriamiento), haciendo que las partes del transformador estén sometidas a más altas temperaturas, situación que también conduce a pérdidas de potencia eléctrica. Como resulta obvio, es importante reducir al mínimo posible la presencia de estas sustancias perjudiciales (ácidos y lodos). Por esta razón es esencial el uso de aceites refinados que posean óptima resistencia a la oxidación y estabilidad química que garanticen amplios periodos de funcionamiento y alarguen la vida de los equipos.


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Aceites para transformadores COMPOSICION DE UN ACEITE DIELECTRICO

La mayoría de los lubricantes dieléctricos están basados en aceites minerales sin aditivos y sólo en caso de aplicaciones severas se emplean aceites aditivados con inhibidor de oxidación. El proceso de fabricación involucra la destilación del crudo y su posterior refinación mediante algunos de los siguientes tratamientos: Por ácidos, extracción por solventes o hidrogenación.

ACEITES BASES Son hidrocarburos que como su nombre lo indica solo contienen carbono e hidrógeno, como componentes principales, además de las impurezas inherentes a los derivados del petróleo que son el azufre, y en una menor proporción, el nitrógeno. Es conveniente mencionar que no todos los hidrocarburos que normalmente se encuentran en los productos o fracciones del petróleo pueden realizar eficazmente las funciones que los aceites dieléctricos deben cumplir en los transformadores e interruptores de potencia. Los aceites dieléctricos son una mezcla de hidrocarburos nafténicos, isoparafínicos y aromáticos, cuya composición varía de acuerdo con el crudo del que se destilan y del método de refinación empleado. Cada uno de estos tipos de hidrocarburos tienen diferentes características que le aportan al producto final, estas son:


Módulo Nueve AROMATICOS - Bajo coeficiente de expansión, que dificulta la disipación de calor y con ello la función de refrigeración o enfriamiento que le corresponde al aceite dieléctrico, cuando están en exceso. - Baja estabilidad a la oxidación, pero forman compuestos químicos estables que no presentan subsiguientes reacciones de oxidación, actuando como "capturadores" de oxígeno. - Alto poder de solvencia frente a las lacas y resinas (bajo punto de anilina), que puede fácilmente arruinar el aislamiento de los devanados, dependiendo de las especificaciones de las lacas y resinas del recubrimiento. Conviene recordar que el lodo, originado en la oxidación prematura de los aromáticos, se acumula en los conductos por donde debe circular el aceite y dificulta su función refrigerante. Sin embargo, algunos compuestos aromáticos actúan como INHIBIDORES NATURALES de oxidación, y por lo tanto, su presencia en pequeña proporción es siempre deseable y necesaria. ISOPARAFINICOS - Punto de fluidez es menor que en los parafínicos, permitiendo que el aceite fluya fácilmente a bajas temperaturas y ejerza su función refrigerante. - Tienen menor tendencia a la formación de gases lo cual es muy conveniente para la operación de los transformadores.


- Buena estabilidad a la oxidación. NAFTENICOS - Buena estabilidad a la oxidación.

- Excelente fluidez a baja temperatura. - Baja tendencia a la formación de gases y carbones ante descargas eléctricas. - Aceptable coeficiente de expansión. - Alta tensión interfacial. Lo aceites minerales con un balance de hidrocarburos adecuado tienen un buen comportamiento por muchos años y a menudo por toda la vida del transformador. Sin embargo, en transformadores que operan bajo condiciones severas, el problema de la oxidación del aceite puede ocurrir en un tiempo más corto. Para los transformadores que operan bajo esas condiciones es preferible usar un aceite que contenga aditivo antioxidante o inhibidor de oxidación. Estos aditivos son sustancias que alargan considerablemente el tiempo de inducción de oxidación. El inhibidor de oxidación más comúnmente utilizado en los aceites dieléctricos es un compuesto conocido con el nombre genérico de Di-Butil Paracresol, del cual existen pequeñas variaciones en composición, de acuerdo con su procedencia o método empleado en su producción. Al igual que los aceites no inhibidos, éstos deben estar libres de cualquier otra clase de aditivos.


Módulo Nueve No todos los aceites dieléctricos se comportan de la misma manera frente a los inhibidores de oxidación y por tanto, siempre resulta conveniente conocer la “susceptibilidad del aceite frente al inhibidor de oxidación”, puesto que algunas veces, cuando se agregan cantidades adicionales de inhibidor se pueden obtener resultados contrarios a los esperados. Otro aspecto a tener en cuenta es la toxicidad de los inhibidores. En la figura se ilustra el proceso completo de fabricación de un aceite dieléctrico, ya sea que se utilice tratamiento con ácidos, extracción por solventes o la hidrogenación, que es el método más aceptado hoy día, por su mínimo efecto sobre el medio ambiente.



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CRUDO DESTILADO HIDROGENO ACIDO SULFURICO

TRATAMIENTO ACIDO

LODO ACIDO

NEUTRALIZACION CON OLCALI

LODO ALCALINO

LAVADO CON AGUA TRATAMIENTO CON ARCILLA

SOLVENTE EXTRACCION POR SOLVENTE

HIDROGENACIÓN CATALITICA

ROCIADO (REMOCION POR SOLVENTE) TRATAMIENTO CON ARCILLA FILTRACION

FILTRACION ACEITE DE TRANSFORMADOR

TRATAMIENTO CON ARCILLA (OPCIONAL) FILTRACION O SECADO

Aceites para transformadores CLASIFICACION DE LOS ACEITES DIELECTRICOS

Las propiedades y el comportamiento de los aceites dieléctricos son similares en muchos aspectos a los aceites para turbinas. Ambos circulan a temperaturas de medianas a altas (40 a 95oC) por largos períodos de tiempo y en continuo contacto con aire y metales. Los aceites dieléctricos se caracterizan por ser de color claro y de baja viscosidad (ISO 15 o menor). Las especificaciones de los aceites dieléctricos han sido establecidas, a nivel internacional, por organismos oficiales y asociaciones de profesionales e industriales con el objeto de garantizar: a. Una calidad uniforme en su producción. b. Un desempeño óptimo durante todo el tiempo de servicio que, en todo caso, no debe ser menor de cinco (5) años, cuando se emplean racionalmente en equipos de alta potencia. Las especificaciones internacionales más conocidas y adoptadas son las de la Sociedad Americana de Ensayos y Materiales (American Society of Testing and Materials, ASTM), que clasifica los aceites dieléctricos, mediante la norma ASTM D3487, como aceites tipo 1 y tipo 2. Los aceites dieléctricos tipo 1 se definen como aceites para equipos eléctricos donde se requiere una resistencia normal a la oxidación, y los de tipo 2 para aquellas aplicaciones donde la resistencia a la oxidación debe ser mayor.


Módulo Nueve Los aceites tipo 1 se conocen como aceites no inhibidos, porque solamente contienen hasta 0,08% en peso de aditivo antioxidante, y los tipo 2 son aceites inhibidos, en los que el inhibidor de oxidación llega hasta 0,3% en peso. Las cifras típicas de los aceites tipo 1 y tipo 2 se muestran en la tabla siguiente:



Propiedad Parámetro Método ASTM Física Punto de anilina, oC D-611 Color, Máx. D-1500 Punto de inflamación, Mín. oC D-92 Tensión interfacial a 25 oC, Mín. dinas/cm. D-971 Punto de fluidez, Máx. oC D-97 Gravedad específica, 15oC/15oC Máx. D-1298 Viscosidad Máx, cSt D-445 ó 100oC D-88 40oC 0oC Inspección visual Eléctrica Caída dieléctrica de voltaje, a 60Hz - Electrodos de disco, Min. kV D-877 - Electrodos VDE, Min gap. 0.040 pulg. (1.02 m.m.) D-1816 0.080 pulg. (2.03 m.m.) Caída dieléctrica de voltaje D-3300 condición de impulso, 25oC, Mín. kV 1", gap. D-2300 Factor de disipación (o factor de potencial) a 60 Hz. Máx. % 25oC D-924 100oC Química Estabilidad a la oxidación (prueba de lodos ácidos) D-2240 72 horas: % lodo, Máx. por masa TAN, mgr KOH/gr.ac.us 164 horas: % lodo, Máx. por masa TAN, mgr KOH/ gr.ac.us Estabilidad a la oxidación (bomba rotativa), Mín. minutos D-2112 Contenido de inhibidor de oxidación D-1473 Máx. % por masa D-2628 Azufre corrosivo D-1275 Agua, Máx. ppm D-1533 Número de neutralización D-974 Número ácido total, Máx. mgr KOH/gr.ac.us. Cont. de BCP* ppmD-4059 NOTA: *BCP es el inhibidor de oxidación Butil P-Cresol

Módulo Nueve Aceite Tipo 1 63-84 0,5 145 40 -40 0,91

Aceite Tipo 2 63-84 0,5 145 40 -40 0,91

3,0 12,0 76,0

3,0 12,0 76,0 Claro y traslúcido

30,00

30,00

28,00 56,00 145,00 +15,00 +30 0,05 0,30

28,00 56,00 145,00 +15,00 +30 0,05 0,30

0,15 0,50 0,30 0,60

0,10 0,30 0,20 0,40 195,00 0,30

0,08

35,00 0,03

35,00 0,03 No detectable

Aceites para transformadores PROCESO DE DEGRADACION DE LOS ACEITES DIELECTRICOS

Al igual que ocurre en otras aplicaciones, los lubricantes para servicio en transformadores están sometidos a diversas condiciones de operación y expuestos a la presencia de elementos que conllevan al deterioro gradual de sus propiedades. El proceso de oxidación de los aceites dieléctricos depende, entre otros, de los siguientes factores: -

La naturaleza o composición del aceite.

La cantidad de oxígeno disponible para la reacción de oxidación. La presencia del agua y otros catalizadores de oxidación, tales como partes de cobre. El nivel de temperatura al cual es sometido el aceite dieléctrico durante el servicio. Como ya se ha mencionado, dependiendo del tipo y balance de hidrocarburos empleados en la fabricación del aceite dieléctrico, éste presentará mejores o peores propiedades tanto refrigerantes como de estabilidad química y a la oxidación, factores de gran influencia en el proceso de oxidación del aceite. El oxígeno disponible para las reacciones de oxidación proviene: a. Del aire que normalmente está disuelto en dicho aceite. b. De las electrólisis del agua presente en el equipo.


Módulo Nueve A mayor cantidad de oxígeno presente en el aceite, las reacciones de oxidación son más completas y frecuentes. El agua, además de aportar oxígeno para las reacciones de oxidación que ocurren en el aceite, es un buen catalizador para éstas mismas y sobre todo para aquellas que afectan a los metales ferrosos presentes en el equipo (corrosión de la carcaza y del núcleo del transformador). Conviene recordar que el hierro, el cobre y cualquier otro metal en contacto con el aceite son también catalizadores de las reacciones de oxidación que afectan a éste. El nivel de temperatura a que normalmente opera el equipo es un factor muy importante en la velocidad de oxidación del aceite dieléctrico y mientras más alta sea dicha temperatura, más rápida será la degradación del aceite, tal como se observa en la tabla siguiente. NUMERO DE NEUTRALIZACION vs. TEMPERATURA TEMPERATURA DE OPERACION DEL EQUIPO

VIDA UTIL DEL ACEITE* DIELECTRICO EN AÑOS

60oC 20,00 70oC 10,00 80oC 5,00 90oC 2,50 100oC 1,25 110oC 7 meses *Tiempo estimado para que el número de neutralización del aceite alcance una acidez equivalente a 0,25 mg KOH/g.


Los transformadores modernos operan con tensiones o voltajes más altos y son de menor tamaño que los equipos de comienzo de siglo. En consecuencia, la cantidad de aceite dieléctrico requerida por estos transformadores es considerablemente menor, por lo cual su temperatura de operación depende en gran medida de la eficiencia de su sistema de refrigeración, o en otras palabras, de la capacidad refrigerante del aceite.


Módulo Nueve acidez del aceite a un nivel más bajo que los aceites sin inhibidor. Ahora bien, cuando se agota el aditivo antioxidante en el aceite inhibido la reacción de oxidación se acelera drásticamente y por tanto la curva toma forma exponencial con una pendiente mayor que la del aceite no inhibido. El control requerido sobre el nivel de acidez de un aceite dieléctrico inhibido, en su período final de servicio, es muy exigente debido al cambio radical en el comportamiento de su proceso oxidativo, lo cual podría dar origen a formación excesiva de lodos en el transformador con las consecuentes fallas en su funcionamiento.

Número de neutralización mg KOH / g

En la gráfica se muestra la diferencia existente entre las curvas de oxidación de un aceite no inhibido y otro inhibido. Como se puede ver, los inhibidores artificiales de oxidación mantienen la CURVA DE OXIDACION DE UN ACEITE DIELECTRICO

0.4 0.3

1

Sin Inhibidor

2

Con Inhibidor

1

2

0.2 0.1 0 2

4

6 AÑOS DE SERVICIO

8

1

La composición de un aceite dieléctrico, una vez que ha sido formulado y elaborado adecuadamente, no varía significativamente mientras permanece en servicio. La estabilidad del mismo depende primordialmente de su composición. Esto significa que las pruebas de composición y estabilidad no son muy necesarias cuando se trata de controlar la calidad de un aceite dieléctrico en servicio, teniendo en cuenta que son estrictamente efectuadas para los aceites nuevos. En conclusión, las pruebas de pureza son las que tienen mayor peso en la determinación del comportamiento o desempeño de los aceites dieléctricos en servicio; por lo tanto son éstas pruebas las que se incluyen con más frecuencia en los programas de control. En el cuadro siguiente se enumeran las pruebas que se realizan para determinar la calidad de los aceites dieléctricos.

COMPOSICION

Las pruebas que se realizan con el propósito de evaluar el estado de las propiedades de los aceites dieléctricos de origen mineral, se orientan a determinar tres características básicas en dichos aceites: - Su composición (pruebas de composición). - Su pureza (pruebas de pureza). - Su estabilidad (pruebas de estabilidad).

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PUREZA

CONTROL DE CALIDAD DE LOS ACEITES DIELECTRICOS


ESTABILIDAD


Punto de anilina Punto de fluidez Color Punto de inflamación Gravedad específica Viscosidad Azufre corrosivo Contenido de humedad Tensión interfacial No. de Neutralización Tensión de ruptura Factor de potencia Estabilidad de color Formación de lodo Período de inducción Contenido de inhibidor

Del cuadro anterior se tiene que los aceites dieléctricos, entregados en equipos nuevos o tomados de equipos en servicio, pueden ser sometidos a un gran número de ensayos; sin embargo, las pruebas siguientes son consideradas como suficientes para determinar si el estado del aceite es adecuado o no para continuar en servicio o para proponer una acción correctiva. - Contenido de humedad. - Tensión interfacial. - Número de neutralización. - Rigidez dieléctrica. - Factor de potencia. - Color y aspecto. - Análisis de gases disueltos.



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Las pruebas ya reseñadas y la frecuencia promedio con que pueden realizarse dichas pruebas se muestran en los cuadros siguientes: VOLTAJE DE OPERACION DEL TRANSFORMADOR kV Inspección Inicial Fecha: Pruebas:

75 ó menos

76-149 Antes de energizar el equipo ABCDEF

ABCDEF

150-250

Más de 250

ABCDEF

ABCDEFG

Segunda Después de: Pruebas:

2 años ABCD

18 meses ABCD

1 año ABCD

6 meses ABCDEFG

Tercera Después de: Pruebas:

18 meses ABCD

1 año ABCD

1 año ABCD

6 meses ABCDE

Subsiguientes Después de: Pruebas:

ABCD

1 año después de la última inspección ABCDEF ABCDEFG

SIGNIFICADO DE LAS LETRAS A - Color, ASTM D-1500 B - Número de neutralización, ASTM D-974 C - Tensión interfacial, ASTM D-971 D - Tensión de ruptura, ASTM D-877 E - Factor de potencia, ASTM D-924 F - Contenido de agua, ASTM D-1315 ó D-1523 G - Análisis de gases disueltos

ABCDEFG

Es clave hacer énfasis en que la frecuencia de las inspecciones y pruebas efectuadas a un transformador debe establecerse con base en los factores que se relacionan a continuación: 1. Capacidad del equipo. 2. Condiciones de operación. 3. Importancia del servicio prestado. 4. Condiciones del aceite dieléctrico: A medida que aumentan los años de servicio de los transformadores es lógico esperar una progresiva degradación del aceite, con lo cual se aumenta la probabilidad de falla en los equipos.


5. Condiciones ambientales: En condiciones ambientales adversas, las inspecciones que se deben practicar serán más frecuentes, pues tanto el aceite como la carcaza y accesorios externos del transformador se ven seriamente afectados.


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APLICACION Y FRECUENCIA DE LOS ENSAYOS Propiedades

Lugar del ensayo *

Categoría del Equipo

Color y aspecto

SoL

O,A,B,C,D,E

Tensión de ruptura

SoL

O,A,B,C,D,E,F,G

O,A,B. Después del llenado o rellenado y antes de la energización. Luego, pasados 12 meses, después cada dos años. C,D,E. Después del llenado o rellenado y antes de la energización. Luego, pasados 12 meses, después cada seis años. F. Después del llenado o rellenado y antes de ponerlobajo tensión. Luego, cada 4 años o cada 70.000 maniobras sí ese número se alcanza antes, o según las instrucciones del fabricante. G. Referirse a las especificaciones del fabricante.

Contenido de agua

L

O,A,B,C,D,E

O,A. Después del llenado o rellenado y antes de energizarlo. Luego, pasados 3 y 12 meses, luego al mismo tiempo que el análisis de los gases disueltos B,D,E. Después del llenado o rellenado y antes de energizarlo. Luego, pasados 12 meses, después cada 6 años o de acuerdo con el análisis de gases disueltos. C. No es un ensayo de rutina, solamente cuando la tensión de ruptura está próxima al valor límite de rechazo.

Indice de neutralización

L

O,A,B,C,D,E,F,G.

Sedimentos y depósitos (lodos)

L

O,A,B,C,D,E

O

ENSAYOS

METODOS

CLASIFICACION DE

Frecuencia de los ensayos Simultáneamente con otros ensayos cuantitativos

O,A,B,C - Cada 6 años D,E,F,G - Ningún ensayo de rutina. Ningún ensayo de rutina. Efectuar según los resultados del examen visual o el valor del índice de neutralización.



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APLICACION Y FRECUENCIA DE LOS ENSAYOS Propiedades

Lugar del ensayo *

Categoría del Equipo

Frecuencia de los ensayos

Resistividad

L

O,A,B,C,D,E

O,A,B,D. Después del llenado o rellenado y antes de energizarlo. Luego pasados 12 meses, después cada 6 años. C,E. Ningún ensayo de rutina.

Factor de disipación dieléctrica, tgs a 100 oC y 40Hz a 60 Hz.

L

O,A,B,C,D,E

O,A,B,D. Después del llenado o rellenado y antes de la energización. Luego, pasados 12 meses, después cada 6 años. C,E. Ningún ensayo de rutina.

Tensión interfacial

L

O,A,B,C,D,E

O,A,B,C,D,E. Después del llenado o rellenado y antes de energizarlo. Luego, pasados 12 meses, después cada 6 años.

Contenido de gas

L

O,A,B,D

Punto de inflamación

L

O,A,B,C,D,E

O,A,B,C,D,E. Ningún ensayo de rutina, quizás revisarlo cuando un olor anormales detectado; enseguida de un defecto interno o cuando el transformador viene de ser llenado.



Módulo Nueve El agua puede proceder del aire atmosférico o resultar de la degradación de materiales aislantes. La solubilidad del agua en el aceite para transformadores aumenta en función de la temperatura y del índice de neutralización.

A continuación se detalla un poco más sobre cada una de las pruebas realizadas a los aceites dieléctricos como parte del programa periódico de inspecciones.

Contenido de Humedad Como se sabe, el agua es poco soluble en los aceites dieléctricos, pero aun así, pequeñas cantidades de humedad son suficientes para aumentar drásticamente su conductividad eléctrica, reducir su rigidez dieléctrica y subir su factor de potencia.

En el diagrama se observa que para una temperatura dada, el aceite disuelve una cantidad de agua determinada, la cual depende del punto de equilibrio o de saturación del aceite para cada temperatura. Cuando el contenido de agua sobrepasa un cierto nivel (valor de saturación) no puede permanecer en solución, y el agua, ahora libre, aparece en forma de turbulencia o de góticas provocando invariablemente una disminución en la rigidez dieléctrica.

B

150

A

Muestra puramin AD-AD, lote 16,19,5,79 1000 800 100

CONTENIDO DE AGUA, ppm

CONTENIDO DE AGUA DEL ACEITE (mg/Kg)

200

50

10 0

600 400 300 200 100 80 60 40 30

0

10

20

30

40

50

60

TEMPERATURA DEL ACEITE EN SERVICIO

Curva A: Saturación en contenido de agua de un aceite nuevo. Curva B: Saturación en contenido de agua en un aceite oxidado con un índice de neutralización de 0,3 mg KOH/g.

20 10 0

10

20

30 40 Temperatura ° C

50

60

70


El agua no sólo es perjudicial para el aceite porque aumenta su conductividad eléctrica sino que además es un elemento altamente corrosivo a los metales ferrosos y por ello forma óxido de hierro que al disolverse en el aceite lo hace aun más conductor. También, el agua suspendida o depositada en el fondo de los transformadores propicia el crecimiento de bacterias que contribuyen a acelerar el proceso de degradación de los aceites dieléctricos. Dentro de un transformador el contenido total de agua se reparte entre el papel y el aceite en una relación predominante para el papel. Las variaciones pequeñas de temperatura modifican sensiblemente el contenido de agua del aceite pero muy poco la del papel.

Conociendo el contenido de agua de un aceite a una temperatura dada, es posible mediante gráficas obtener el contenido de agua del papel. Los valores límites de contenido de agua recomendados en la tabla Guía de Valores Límites, tienen por objeto controlar el contenido de agua en el aislamiento celulósico (papel), a temperaturas normales del aceite en servicio a más de 40oC y hasta 60oC. Un alto contenido de agua acelera la degradación química del papel aislante y es un indicio de malas condiciones de funcionamiento o de un mantenimiento que necesita medidas correctivas. Valores típicos de contenido de agua para aceites dieléctricos nuevos están en el orden de 15 ppm a


Módulo Nueve 30 ppm. Resulta evidente que se requiere someterlos a un proceso de secado previo a su uso. Tensión Interfacial Este es uno de los test más ampliamente usados para determinar el nivel de deterioro y contaminación de un aceite dieléctrico. Esta característica cambia rápidamente durante las etapas iniciales de envejecimiento, luego su evolución se estabiliza, cuando la degradación es aún moderada. Es por esta razón que los resultados son bastante dificiles de interpretar en términos de mantenimiento del aceite. Sin embargo, es conveniente analizar en detalle los aceites cuyos valores de la tensión interfacial se encuentran en el límite mínimo recomendado en la Guía de Valores Límites, que aparece en la página siguiente. Los valores típicos de tensión interfacial de los aceites nuevos están alrededor de 45 dinas/cm; sin embargo, aceites con valores de 20 o más se consideran apropiados para el servicio. Tensiones interfaciales por debajo de 20 dinas/cm indican la contaminación del aceite con productos de oxidación, barnices, glicol, jabones de sodio, y posiblemente otras materias extrañas. La filtración del aceite, especificada en la norma ASTM D-971, puede reportar valores altos de tensión interfacial. Un comportamiento típico de la tensión interfacial con los años de servicio del aceite se ilustra en la figura.



Módulo Nueve

TENSIO DE RUPTURA

50 40 30 20 10 0 2

4

6

8

AÑOS DE SERVICIO

10

12


EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL Módulo Nueve

GUIA DE VALORES LIMITES PARA LA ACEPTACION, MANTENIMIENTO Y REGENERACION DE ACEITES AISLANTES PARA TRANSFORMADORES Y OTROS EQUIPOS ELECTRICOS O R D E N

ENSAYOS

1

Tensión de ruptura dieléctrica (Kv)

METODOS

ASTM D877

ASTM D1816 (0,04 pulg.)

ASTM D1816 (0,08 pulg.)

IEC 156

2

Factor de potencia (%)

ASTM D924 (25oC)

ASTM D924 (100oC)

3

4

5

6 7 8

Contenido de humedad (ppm) Número de neutralización (mg KOH/g) Tensión interfacial

ASTM D1533

Color Aspecto Visual Contenido de gases (%)

ASTM D1500 ASTM D1524

9

Sedimentos y lodos 10 Resistividad (Gm) 90oC

ASTM D974

ASTM D971

D831, D1817 D2945

Estabilidad a la oxidación 164h - NN - lodos Bomba rotativa

ACEITES SIN USAR Recibido en equipo nuevo

C B A O C B A O C B A O C B A O C B A O C B A O C B A O C B A O C B A A

>30 >30 >35 >35 >25 >25 >30 >30 >40 >40 >50 >60 >40 >50 >60 >60 <0,1 <0,1 <0,1 <0,05 <0,5 <0,5 <0,5 <0,3 <20 <20 <15 <10 <0,03 <0,03 <0,03 <0,03 >40 >40 >40 >40 <1,0 Claro y libre sedimentos

<72,5 Kv 72,5-170 Kv 170-420 Kv <420 Kv <72,5 Kv 72,5-170 Kv 170-420 Kv >420 <72,5 Kv 72,5-170 Kv 170-420 Kv >420 Kv <72,5 Kv 72,5-170 Kv 170-420 Kv >420 Kv <72,5 Kv 72,5-170 Kv 170-420 Kv >420 Kv <72,5 Kv 72,5-170 Kv 170-420 Kv >420 Kv <72,5 Kv 72,5-170 Kv 170-420 Kv <420 Kv <72,5 Kv 72,5-170 Kv 170-420 Kv >420 Kv <72,5 Kv 72,5-170 Kv 170-420 Kv >420 Kv <72,5->420 Kv <72,5->420 Kv

C B A O

<72,5 Kv 72,5-170 Kv 170-420 Kv >420 Kv >72,5 >420Kv

C B A O C B A O

ASTM D2440

<72,5 Kv 72,5-170 Kv 170-420 Kv >420 Kv <72,5 Kv 72,5-170 Kv 170-420 Kv >420 Kv <72,5 y >420 Kv

ASTM D2112

<72,5 y >420 Kv

Anexo A IEC 247

20oC

11

CLASIFICACION DE TRANSFORMADORES Tensión máxima de operación

ACEITES EN SERVICIO GRUPO I por continuar

GRUPO II por reacondic.

>26 >26 >26 >30 >23 >23 >26 >26 >34 >34 >45 >45 >30 >30 >40 >50

<26 <26 <26 <30 >23 >23 >26 >26 >34 >34 >45 >45 >30 >30 >40 >50

Según norma ICONTEC 1465 Según norma ICONTEC 1465

Límites de aceptación después de regenerar

Después de llenar y antes de energizar

>30

>30 >30 >35 >35 >26-30 >26-30 >26-30 >26-30

>26

<1,0

<1,0

<35 <35 <25 <15 <0,3 <0,2 <0,2 <0,1 >24 >24 >26 >30

35-40 35-40 25-30 15-20 >0,3 >0,2 >0,2 0,1-0,2

>0,5 >0,5 >0,5 >0,4

<24

<15

Claro y libre sedimentos

<30 <0,5 Libre 90oC>60 90oC>60 90oC>60 90oC>60

ACEITES REGENERADOS

GRUPO III por regenerar

<35

<0,05

>35

<1,0

<35 <35 <20 10-15 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05

<1,5 Claro y libre sedimentos

>35 >35 >35 <1,5 Claro y libre sedimentos

Libre

Libre

90oC>0,2 90oC>0,2 90o C>1 90o C>1 20oC>60 20oC>200 20oC>200 20oC>60 0,50 0,25

150

Su valor, poco importante para un aceite nuevo, aumenta como consecuencia del envejecimiento por oxidación y es utilizado como guía general para establecer el momento preciso para reemplazarlo o regenerarlo, siempre que se hayan establecido los límites de rechazo y que otros ensayos lo confirmen. El número de neutralización de un aceite nuevo no debería exceder 0.025 mgKOH/g. Aceites con valores de TAN del orden de 0.5 mgKOH/g son considerados inaceptables para el servicio. Es importante aclarar que un TAN bajo no descarta la presencia de contaminantes en el aceite, ya que puede tratarse de un material de tipo alcalino. Un caso encontrado con alguna frecuencia es la contaminación del aceite con silicato de sodio, que es un material empleado por los fabricantes de transformadores en el aislamiento. Rigidez Dieléctrica La tensión de ruptura es importante como una medida de la aptitud de un aceite para resistir los esfuerzos eléctricos. Un aceite seco y limpio se caracteriza por una tensión de ruptura alta. El valor alcanzado en la prueba de tensión de ruptura o rigidez dieléctrica dependerá casi exclusiva-

Módulo Nueve mente de la cantidad de contaminantes tales como el agua, partículas conductoras, lodos, polvo, y gases disueltos contenidos en el aceite; los cuales reducen severamente esta propiedad. La rigidez dieléctrica disminuye con los aumentos de la temperatura del aceite, por lo cual, para efectos de control, se especifica una temperatura de 20oC para la realización de esta prueba. La gráfica ilustra la variación de la tensión de ruptura con el contenido de humedad. 100 90 80 70

Kv

Número de Neutralización El índice de neutralización de un aceite es una medida de la mayor o menor cantidad de ácidos que se han formado en el aceite durante el tiempo en que ha permanecido en servicio.


TENSION DE RUPTURA 20ºC,


60 50 40

30

20

10

5

15

20

25

30

35

CONTENIDO DE AGUA, PPM.

40

45

Factor de Potencia Es una prueba muy aceptada en las evaluaciones periódicas de aceites dieléctricos. El factor de potencia de un aceite nuevo no debería exceder de 0.05% a 25oC. Un valor alto en un aceite usado indica deterioro y contaminación con carbón, barnices, sodio, glicol, u otras materias conductoras. La gráfica PFVO aplicable, exclusivamente, para

Aceites para transformadores aceites no inhibidos es útil para evaluar la continuidad en servicio de un aceite, de acuerdo con su factor de potencia y el tiempo de oxidación.


Módulo Nueve Para aceites con índices de color por encima de 4 se requiere la realización de pruebas adicionales tendientes a determinar si su condición es peligrosa para continuar en operación

Factor de potencia (% ) 5 3 COLOR ASTM D-1500

4 3 Area de aceptación 2

1

2

1

0 0

20

40

60

80

100

120

140

Horas de Oxidación

0 0

Color y Aspecto El color de un aceite aislante está determinado por la luz transmitida y está expresado por un número obtenido de su comparación con una serie de colores normalizados o estandarizados. El color de un aceite nuevo es generalmente aceptado como un indicador de su grado de refinación. Un cambio en el color del aceite en servicio indica contaminación o deterioro. Además del color, el aspecto visual de un aceite puede poner en evidencia turbulencias y sedimentos, lo que puede indicar la presencia de agua libre, lodos insolubles, carbón, polvo, fibras, etc.

2

4

6 8 AÑOS DE SERVICIO

10

12

Análisis de gases disueltos Este tipo de prueba se estudiará ampliamente en la siguiente sección de este módulo; Diagnóstico de fallas en transformadores. La tabla de la página siguiente muestra los parámetros de tolerancia en los resultados de las pruebas.



Módulo Nueve

PARAMETROS DE TOLERANCIA EN LOS RESULTADOS DE LAS INSPECCIONES Voltaje de operación kV CARACTERISTICAS

36

37-170

171-300

300

Número de neutralización: mgKOH, ASTM D974 Aceite no inhibido, Máx.

0,5

0,4

0,4

0,3

Aceite inhibido, Máx.

0,05

0,05

0,05

0,05

Aceite no inhibido; Min.

12

15

15

15

aceite inhibido, Mon

20

20

20

20

25

30

35

40

0,35

0,30

0,25

0,20

40

35

30

25

0,1

0,1

0,1

0,1

Tensión interfacial: dinas/cm, ASTM D971

Constante dieléctrico: kV, ASTM D877 Ambos aceites, Min. Factor de potencia: 60Hz/100oC, ASTM D924 Ambos aceites, Máx. Contenido de agua: ppm, ASTM D1315 Ambos aceites, Máx. Contenido inhibidor: peso %, ASTM D2668 Aceite inhibido, Min. Contenido de lodo: visual* Ambos aceites

Negativo

* Vierta 50 ml.aproximadamente de aceite en un vaso de precipitado (baker) de igual capacidad, cúbralo con un vidrio de reloj y déjelo reposar por 24 horas. Observe si hay sedimento en el fondo, en caso contrario reporte el resultado negativo.

Aceites para transformadores CLASIFICACION DE LOS ACEITES EN SERVICIO

Es importante establecer guías estrictas e inmutables para evaluar los aceites en servicio o para recomendar los valores límites de ensayos que correspondan a todas las utilizaciones posibles de los aceites aislantes en servicio. De acuerdo con la experiencia industrial actual, los aceites en uso pueden ser posicionados según una clasificación basada en la evaluación de las propiedades más significativas y/o sobre la posibilidad de restituirles las características deseadas como sigue: Grupo 1: Este grupo comprende los aceites cuyo estado característico es satisfactorio para continuar en servicio. Los aceites cuyas propiedades sé sitúan en los límites fijados en la tabla Guía de Valores Límites, para la categoría del equipo apropiado, se consideran pertenecientes a este grupo. Se sobrentiende que estos límites son solamente indicativos. Con excepción de la tensión de ruptura dieléctrica, el hecho de que una o varias de las propiedades se sitúen fuera de los límites indicados no requiere una acción inmediata, aunque, a un término más largo, esta situación pudiera ocasionar una degradación acelerada y una reducción de la duración del equipo. En cuanto a la interpretación de los resultados, diferentes factores deben ser tomados en consideración, tales como: las condiciones de servicio, la edad del equipo y la evolución de las características de los aceites.


Módulo Nueve Grupo 2: Este grupo comprende los aceites que necesitan solamente un tratamiento de reacondicionamiento que permita su utilización posterior. Un contenido alto de agua y una tensión de ruptura dieléctrica baja, indican generalmente esta necesidad; siempre y cuando todos los otros criterios sean aún satisfactorios. El aceite puede tener un aspecto turbio o sucio. El tratamiento apropiado consiste en eliminar por medios mecánicos el agua y las materias insolubles. El tratamiento debe ser tal que los valores alcanzados para el contenido de agua y la tensión de ruptura se acerquen a aquellos dados en la tabla Guía Valores Límites, cuando sea aplicable. Sin embargo, se debe tener en cuenta que un exceso de agua en el aceite puede ser el indicio de que el aislamiento sólido está en malas condiciones y que necesita medidas correctivas. Grupo 3: Este grupo comprende los aceites en mal estado, cuyas propiedades no pueden ser restauradas a un nivel satisfactorio sino después de una regeneración. Este estado será generalmente puesto en evidencia por la presencia de depósitos precipitables, de lodos insolubles y por los valores del índice de neutralización y/o el factor de disipación dieléctrica superiores a aquellos dados en la tabla Guía de Valores Límites.


Los aceites pertenecientes a este grupo deben ser regenerados o bien, reemplazados, dependiendo de consideraciones económicas. Grupo 4: Este grupo comprende los aceites de calidad tan mala que se aconseja descartarlos, lo que corresponde a muchas propiedades insatisfactorias.

Otro forma de clasificar los aceites dieléctricos en servicio es por medio del índice de calidad o índice Myers, que relaciona la tensión interfacial del aceite con el número de neutralización del mismo.


Módulo Nueve



Módulo Nueve

CLASIFICACION DE LOS ACEITES EN FUNCION DEL N.N. Y T.I.F.

40

Franja fuera de lodos

Aceite bueno

35

Aceite aceptable

30

Aceite marginal 25

Tensión interfacial DINAS / cm

Aceite malo Aceite muy malo Aceite extremadamente malo Aceite para desechar

20

15

10

5 0 0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Número de neutralización mg KOH / gm aceite

Indice de calidad =

Tensión interfacial Número de neutralización

1,4

1,6



Módulo Nueve

GUIA PARA EVALUAR ACEITES PARA TRANSFORMADORES CHART TO EVALUATE TRANSFORMER OILS 2 2 TENSION INTERFACIAL 25ºC, d/cm -INTERFACIAL TENSION 25ºC, d/cm

45 40 EXCELENTE EXCELENT

35 30

25

BUENO GOOD ACEPTABLE ACCETABLE

20

MARGINAL MARGINAL

15

MALO BAD

10

MUY MALO VERY BAD

5

MALISIMO EXTREMELY BAD 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

No. DE NEUTRALIZACION, mg. KOH/g - NEUTRALIZATION NUMBER, mg. KOH/g



Módulo Nueve

CLASIFICACION DE LOS ACEITES SEGUN EL INDICE DE CALIDAD

1

Aceite bueno NN 0.00 a 0.10 - TIF 30.0 a 45.0 Amarillo claro

Indice de calidad: 300 a 1.500 o más

2

Aceite a ser tenido en observación NN 0.05 a 0.10 - TIF 27.1 a 29.9 Amarillo

Indice de calidad: 271 a 600

3

Aceite marginal NN 0.11 a 0.15 - TIF 24.0 a 27.0 Amarillo oscuro


4

Aceite malo NN 0.16 a 0.40 - TIF 18.0 a 23.90 Ambar


5

Aceite muy malo NN 0.41 a 0.65 - TIF 9.0 a 17.9 Café


6

Aceite extremadamente malo NN 0.66 a 1.50 - TIF 9.0 a 13.9 Café oscuro


7

Aceite en condición pésima NN1.51 o más negro



Módulo Nueve

APLICACION DE LA CLASIFICACION DE LOS AGENTES DIELECTRICOS PARA TRANSFORMADORES TENSION INTERFACIAL dinas/cm

No DE NEUTRALIZACION mg/KOH/ggm

COLOR

RIGIDEZ DIELECTRICA KV

INDICE DE MYERS

30 - 45

0.03 - 0.10

Bueno 0 - 0.5

30 y Superior

300 - 1.500

27 - 29

0.05 - 0.10

Aceptable 0.5 -1.0

25 - 30

271 - 600

Acidos grasos cubren las bobinas. Lodos en suspensión listos a iniciar concentraciones. Alta probabilidad de lodos en las fisuras del aislamiento.

24 - 27

0.11 - 0.15

Marginal 1.0 -1.5

22 -25

160 - 318

En casi un 100% de los transformadores en este rango se han formado depósitos de lodos sobre las bobinas y núcleo. LODOS SE DEPOSITAN PRIMERO EN LAS AREAS DE REFRIGERACION.

18 - 24

0.16 - 0.40

Malo 1.5 -2.5

45 -159

Análisis anual del aceite. Desencubada del transformador. Lavada con aceite nuevo y caliente parte activa y tanque. Filtrado del aceite con unidad especial.

5

Sedimentos depositados continúan oxidándose y endureciéndose. EL AISLAMIENTO SE ESTA CONTRAYENDO. Alta probabilidad de falla prematura.

14- 18

0.41 - 0.65

Muy malo 2.5 - 3.5

22 - 44

Análisis anual del aceite. Desncubada del transformador. Proceso similar al (4) usando unidad especial para filtrado adicionándole tierra de fuller.

6

Sedimentos aíslan áreas de refrigeración y ductos causando incrementos de temperatura de operación.

9 - 14

0.66 - 1.50

Extremadamente malo 3.5 - 4.0

6 - 21

7

Gran cantidad de sedimentos. Requiere procesos especiales.

6-9

1.5 y Superior

Aceites para dar de baja 4.5 - Sup.

1.51 ó más

OBSERVACIONES

1 2 3

4

El aceite está cumpliendo con las siguientes funciones: a. Refrigeración eficiente b. Agente dieléctrico.

Componentes polares (lodos) en solución (producto de la oxidación del aceite) causan bajas en la tensión interfacial.

ACCION A TOMAR

Análisis anual del aceite a fin de evaluar funcionamientos y establecer tendencias.

Análisis anual del aceite. Establecer programa de mantenimiento preventivo Análisis anual del aceite. Aceite requiere tratamiento con filtro prensa especial (ver nota), para detener deterioramiento rápido del aislamiento

Análisis anual del aceite. Procedimiento similar al anterior. Posible cambio de aceite. Análisis anual del aceite. Proceso similar al (4), cambio de aceite. Proceso de filtrado con unidad especial. Aislamientos deteriorados. Se recomienda en pensar en un futuro cercano cambio del transformador

Nota Importante: El aceite caliente actúa como un solvente fuerte para disolver sus productos sólidos que están descompuestos. Por esa razón las unidades para el filtrado deben ser de procesos cerrados, es decir, que calienten el aceite (aprox. 80°C) y los degasifiquen (aprox. 0.1 Torr). Equipos de sólo papel y abiertos son obsoletos


Indice Myers = TIF/NN TIF: Tensión Interfacial

NN : Número de neutralización El índice de myers se debe tomar como simple referencia informativa ya que este procedimiento está siendo cuestionado por no ampliarse en algunos casos, tales como en aceites dieléctricos que tienen un valor alto de índice myers y presentan valores bajos de tensión interfacial. Esta situación obedece a que el número de neutralización puede ser bajo aunque el aceite tenga presencia excesiva de lodos neutros, que afectan significativamente la tensión interfacial.


Módulo Nueve

Aceites para transformadores DIAGNOSTICO DE FALLAS EN TRANSFORMADORES

El sistema dieléctrico de un transformador está integrado por el conjunto de materiales que separan y/o soportan las partes metálicas energizadas del equipo y en el cual se pueden distinguir dos tipos de aislamiento: a. El aislamiento líquido o aceite para transformadores. b. El aislamiento sólido que está integrado por papel aislante, madera, aisladores de cerámica, baquelitas, resinas, etc. Las deficiencias que presenta el sistema aislante de un transformador se pueden medir en su justa dimensión cuando se analizan los efectos originados por la presencia del agua, el sobrecalentamiento del equipo y la sobrecarga eléctrica en los diferentes medios o materiales aislantes utilizados.

Efectos del agua sobre el sistema aislante de los transformadores Como ya se ha visto, el agua presente en un transformador puede provenir de una o más de las siguientes fuentes: - La humedad residual contenida en el sistema aislante luego del secado del transformador. - La humedad absorbida por el aceite desde la atmósfera con la cual está en contacto.


Módulo Nueve - El agua que se produce durante las reacciones de oxidación del aceite dieléctrico y la celulosa del papel aislante (efecto de pirólisis). Las características más sobresalientes del agua son: - Es un compuesto polar y, en consecuencia, conduce la corriente eléctrica. - Es un elemento fuertemente electropositivo, por tanto es atraída hacia los polos negativos; de modo que cuando el agua se encuentra presente en el aceite de un transformador tiende a concentrarse en el área energizada del equipo. - El agua es el solvente universal por excelencia y disuelve en mayor o menor grado a casi todos los elementos o compuestos conocidos, los cuales al estar disueltos en el agua la hacen más conductora de la electricidad. - El agua es un catalizador activo para un gran número de reacciones químicas, por ello su presencia en el aceite y en la celulosa del papel y la madera, contribuye a oxidar y degradar dichos materiales. - El agua es por sí sola una substancia corrosiva frente a la mayoría de los metales, y en especial de las aleaciones ferrosas presentes en los núcleos, tambores y radiadores de los transformadores. Su acción corrosiva aumenta considerablemente cuando se combina con los ácidos generados por la oxidación del aceite.



Módulo Nueve

La corrosividad del agua es mayor cuando se encuentra en estado líquido, por lo cual su efecto es más evidente en los radiadores de los transformadores, en los cuales se condensa por efecto de la disminución de la temperatura.

Ahora bien, el agua suspendida es mucho más conductora que el agua disuelta, por tanto un aceite de transformador que contiene agua suspendida siempre mostrará una muy baja rigidez dieléctrica.

Es clave reseñar ahora las diferentes formas en que el agua puede encontrarse en el transformador:

- Depositada en el fondo del transformador, cuando en el aceite se suceden cambios alternos de temperatura, subidas y bajadas considerables en forma periódica, y mientras el aceite está en contacto con la atmósfera, es posible que el aceite absorba agua, que luego se condensa para finalmente ser depositada en el fondo del transformador. El agua allí depositada no tiene mayores efectos inmediatos en el comportamiento o eficiencia del transformador, no obstante su presencia oxida la caja del transformador, contribuye a la degradación del aceite y propicia el crecimiento de bacterias que aceleran los procesos antes mencionados.

- Disuelta en el seno del aceite, es bien conocida la frase “agua y aceite no se mezclan”. Sin embargo, se sabe que el aceite de transformador disuelve pequeñas cantidades de agua dependiendo de la temperatura a la cual se encuentra sometido. Este contenido de agua se puede disminuir considerablemente mediante métodos apropiados de secado, pero es técnicamente imposible obtener un aceite para transformador completamente seco o libre de agua. Cabe indicar que el efecto del agua disuelta en el aceite, sobre la conductividad de éste, es relativamente moderado cuando se le compara con el efecto que tiene el agua suspendida en el aceite. - Suspendida en el aceite, cuando un aceite para transformador se encuentra saturado de agua a una cierta temperatura y se le enfría hasta una temperatura marcadamente menor, el exceso de agua que contenía a la temperatura mayor, se condensa y queda suspendida en el seno del aceite en forma de pequeñas góticas. Si la temperatura sigue bajando, esas góticas aumentan de tamaño, se unen entre sí y finalmente se precipitan hasta el fondo del recipiente que contiene el aceite.

- Asociada a los ácidos derivados de la descomposición del aceite, los ácidos que se forman por la degradación natural del aceite contienen grupos polares electronegativos que ejercen una gran atracción hacia el agua que posee grupos polares electropositivos. Pues bien, este efecto de atracción hace que una conside-rable cantidad de agua permanezca suspendida o asociada a dichos ácidos. Esta mezcla agua-ácidos es buena conductora de electricidad y por ello su presencia en el aceite baja la rigidez dieléctrica.


Debido a esa propiedad de la celulosa es que se utiliza en los filtro-prensas, uno de los procesos de secado del aceite para transformadores. Se ha comprobado que la celulosa tiene una afinidad por el agua que es entre 600 a 800 veces mayor que la del aceite. Esto significa que en las condiciones de equilibrio entre el contenido de humedad de la celulosa y del aceite para transformadores, el 99.75% de la humedad total del sistema estará contenida en la celulosa y sólo el 0.25% en el aceite. La figura ilustra esa condición de equilibrio, en función de la temperatura, y nos indica cómo es posible tener un transformador con una apreciable cantidad de agua mientras su aceite se presenta relativamente seco y con una aceptable rigidez dieléctrica. Todos estos hechos hay que tenerlos muy en cuenta para una correcta interpretación de los resultados de la prueba de constante o rigidez dieléctrica del aceite con el chispómetro ya que no son suficientes ni concluyentes para determinar el estado del transformador, ni siquiera el del aceite. Conviene recordar que las especificaciones de los aceites dieléctricos limitan el contenido de agua en el aceite nuevo a un máximo de 30 a 35 partes por millón (ppm) en peso, en tanto que las especificaciones del papel aislante utilizado en los

Módulo Nueve CONTENIDO DE AGUA EN LA CELULOSA, PESO%

- Ocluida o absorbida en la celulosa del papel y la madera, el papel secante (celulosa) tiene excelentes propiedades absorbentes/adsorbentes frente al agua o soluciones acuosas.


Contenido de agua en el aceite 6

20 PPM

5 4

10 PPM

3 5 PPM

2 1 0

10

20

30

40 50 60 Temperatura, °C

70

80

90

transformadores de potencia admiten contenidos de agua hasta de 8.0% en peso.

Efectos del sobrecalentamineto sobre los elementos del sistema aislante del transformador Tanto los hidrocarburos, componentes de los aceites aislantes, como la celulosa, presente en el papel aislante, sufren un proceso lento de descomposición cuando se encuentran en contacto con el agua y con los agentes atmosféricos: oxígeno y luz solar; pero la forma en que se sucede la descomposición varía considerablemente en ambos materiales. Pues bien, lo que realmente nos interesa para el tema que nos ocupa es la composición de los gases que se forman durante esos procesos de


descomposición, ya que así es posible compararla con la de los gases que se forman durante las operaciones normales y anormales de los transformadores.

Resulta interesante indicar que en un aceite para transformadores sometido a sobrecalentamiento (temperaturas superiores a 500oC) sin ser sometido a esfuerzos o tensiones eléctricas de ninguna clase, se observó desprendimiento de gases, cuyos análisis arrojaron la presencia en cantidades apreciables de etileno, etano, metano y acetileno. Las moderadas y altas temperaturas que se generan en las operaciones anormales y/o durante los períodos de sobrecarga de los transformadores también causan descomposición o pirólisis en la celulosa de la cual se compone el papel aislante incluido en dichos equipos. El mecanismo de esas reacciones es poco conocido, pero si es muy claro que los gases productos de esas reacciones son: hidrógeno, monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2), cuando se realiza en un medio no oxidante, aislado de la atmósfera, como lo es el interior de un transformador.

Efecto de la sobrecarga eléctrica sobre los elementos del sistema aislante del transformador El efecto de la sobrecarga eléctrica en la celulosa es aparentemente insignificante. No obstante, la


Módulo Nueve sobrecarga eléctrica por sí sola, aún a temperaturas normalmente bajas, si puede producir efectos característicos en los aceites dieléctricos. Los gases formados en el seno del aceite cuando en él ocurre una descarga eléctrica son completamente diferentes a los vapores emitidos por el aceite cuando se calienta y de los resultantes de la descomposición térmica de las moléculas de hidrocarburos. El análisis de esos gases muestra la composición que se indica en el cuadro siguiente, en volumen por ciento. Se observa la presencia predominante de hidrógeno, monóxido de carbono y nitrógeno. El oxígeno y el nitrógeno demuestran la presencia de aire ocluido en el seno del aceite. En vista de que el hidrógeno es explosivo en el aire, dentro del rango del 10 y 66%, es latente el peligro de una explosión producida por la ignición en la atmósfera de los gases provenientes de la descomposición del aceite.

Gases Dióxido de carbono Hidrocarburos pesados Oxígeno Monóxido de carbono Hidrógeno Nitrógeno Metano

Volumen % 1.17 4.86 0.36 19.21 59.10 10.10 4.20


Efecto Corona Si se establece una diferencia de potencial entre dos conductores paralelos o concéntricos y posteriormente se aumenta esa diferencia de potencial, llegará un momento en que se producirá un ruido o silbido que se hará más intenso a medida que aumenta la diferencia de potencial.

Si se observa a los conductores en un recinto suficientemente oscuro se notará un halo fosforescente alrededor de estos conductores. Al mismo tiempo se percibirá un olor característico de ozono. Estos efectos son debidos a la ionización del aire presente en la cercanía de los conductores, lo cual origina una disminución considerable de la resistividad dieléctrica de los gases que lo forman: nitrógeno y oxígeno, principalmente. Los factores que favorecen la formación del efecto corona son entre otros: una disminución de la presión barométrica decrece a su vez la densidad del aire y reduce el voltaje al cual se inicia el efecto. Un aumento de la temperatura del aire (o del gas) disminuye también su densidad. Por otra parte el polvo, la humedad y otras impurezas disminuyen el voltaje al cual se inicia el efecto corona. Vale la pena aclarar que el aceite para transformador puede contener, en condiciones de equilibrio de saturación, entre 8 y 12% de aire, a temperatura ambiente. Conviene resaltar que al igual que el aire que se encuentra en la cercanía de los conductores sometidos a elevados voltajes, los gases que se forman durante las operaciones de los


Módulo Nueve transformadores también se ionizan por el efecto corona. Chispas y Arco Eléctrico El efecto corona se inicia en la superficie misma del conductor. Cuando el voltaje aumenta, el efecto corona se va extendiendo más y más hacia el exterior y llega a tomar la forma de unas cerdas de una brocha orientadas hacia los conductores. Finalmente, si el voltaje crece suficientemente, la ionización del aire se hace tan intensa que hace colapsar su resistividad dieléctrica y entonces se produce una descarga o chispa entre los conductores; que en condiciones atmosféricas normales se estima en 30 Kv/cm. Por la presencia del efecto corona en los transformadores hay formación de óxidos de nitrógeno y óxidos de carbono (CO y CO2). Las descargas eléctricas originan ozono y amoniaco.

Efectos combinados de la presencia del agua, el sobrecalentamiento y la energía eléctrica sobre el sistema aislante de un transformador La presencia por separado de cada uno de los factores antes mencionados es imposible que se dé en la operación de un transformador, ya que unos se generan por la acción de los otros o al menos adquieren intensidad como consecuencia de esa acción. Por lo tanto, se puede afirmar que como resultado de las interelaciones de esos factores se originan una serie de fenómenos que pueden

Aceites para transformadores afectar severamente la condición normal de funcionamiento de un transformador. Entre esos fenómenos es importante destacar los siguientes:

- Pérdidas de corriente a través del sistema aislante debido a la presencia de agua, las cuales se miden por el factor de potencia del sistema aislante. - Lonización de los gases presentes en el transformador, debido al efecto corona, y con esto la consecuente formación de óxidos de nitrógeno que, al combinarse con el agua, producen ácidos nitroso y nítrico que son fuertemente corrosivos.


Módulo Nueve - Explosión del transformador como consecuencia de la sobrepresión generada por la formación y/o combustión de gases combustibles. - Incendio del transformador como consecuencia de la presencia, en forma simultánea, de gases combustibles, altas temperaturas y fuentes de ignición. La interelación existente entre estos factores y los fenómenos producidos se ilustran en la figura siguiente.

SOBRECALEN TAMIENTO

- Chispas entre conductores, como consecuencia de la disminución de la resistencia dieléctrica del material que los separa, lo cual a su vez es debido al efecto combinado de la ionización de los gases y la presencia de agua en el sistema. - Arco eléctrico entre conductores, como consecuencia de la disminución de la resistividad dieléctrica de los componentes del sistema aislante. - Sobrecalentamiento localizado como consecuencia del contacto defectuoso entre componentes energizados, de las chispas y/o arco eléctrico. - Producción de gases combustibles como consecuencia de la descomposición del aceite aislante y la celulosa del papel.

DESCOMP. ACEITE Y CELULOSA

PRODUC. HIDROGENO ARCO ELECTRONICO

PRODC. GASES COMBUST. PRESENCIA DEL AGUA

CHISPAS

EFECTO CORONA

SOBRECARGA ELECTRICA


No obstante, la necesidad evidente de minimizar el efecto o influencia de cada uno de los factores, la tendencia en el diseño de transformadores ha sido reducir el tamaño de los equipos, con el consiguiente uso de menor cantidad de aceite. Si recordamos que, la principal función de un aceite dieléctrico es la refrigeración, al disminuir su volumen se aumenta la probabilidad de recalentamiento del transformador. Lo anterior, combinado con la práctica indeseable de sobrecargar los equipos, por encima de su capacidad de diseño, acorta irremediablemente la vida útil de los transformadores.

Observando nuevamente el triángulo de causas y efectos mostrado en la figura, que sirve de base para el análisis de las fallas del sistema dieléctrico o aislante de un transformador, se puede concluir que existen dos síntomas muy importantes que indican que algún problema se gesta dentro del equipo y que pueden medirse con precisión sin que sea puesto fuera de servicio. Esos síntomas son: a. El recalentamiento del equipo. b. La producción de gases dentro del mismo. El primer síntoma es fácilmente detectable con sólo ver los indicadores de temperatura instalados en el equipo y el segundo, aunque más complejo de evaluar se soporta en el análisis de los posibles gases disueltos en el aceite aislante y/o los acumulados en el espacio libre en la parte superior de la carcaza del transformador.


Módulo Nueve El sobrecalentamiento de un transformador es un síntoma que no necesariamente indica que algún problema se está gestando en el equipo, pues una sobrecarga temporal puede ser la causa del recalentamiento. Lo que realmente debe preocupar son los aumentos de temperatura permanentes y continuados, ya que ello puede indicar algún “punto caliente” dentro del equipo, más conocido como “sobrecalentamiento localizado”. En algunas circunstancias se utilizan detectores o analizadores de rayos infrarrojos para detectar puntos calientes en un transformador sin sacarlo de servicio. Ya se ha visto como el sobrecalentamiento y la presencia de agua en el transformador aceleran la descomposición del aceite dieléctrico y de la celulosa, con la consiguiente producción de gases, la mayoría de ellos combustibles. El mecanismo de descomposición de los hidrocarburos, componentes del aceite, se ilustra en la figura siguiente. H2

Efecto Corona

CH4 C2H6 C3H8

Chispas

CH3 H H H H H H H H H H H

H C C C C C C C C C C C C H H H H H H H H H H H CH3 C2H5

Calentamiento

Arco Eléctrico

C2H4 C3H6

C2 H2



Módulo Nueve dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y monóxido de carbono (CO). El proceso de descomposición de la celulosa es normalmente activado por la acción bacterial, así como también por la presencia de altas temperaturas.

Nótese que el efecto corona es, aparentemente, el responsable de la presencia de hidrógeno en los gases combustibles que se producen en el transformador. De igual forma se estima que los puntos o zonas calientes producidas por las chispas esporádicas son las que conducen a la formación de metano, etano y propano. Además, cuando hay arco eléctrico entre los conductores o entre estos y la carcaza del transformador, se produce acetileno.

En los transformadores de potencia, la alta temperatura es sin duda la causa fundamental de la descomposición de la celulosa, ya que el aceite aislante en el transformador es un medio anaeróbico y menos propicio para el crecimiento bacterial. El mecanismo de la reacción de descomposición de la celulosa se ilustra en la figura.

Simultáneamente, con la descomposición del aislante líquido, puede existir descomposición del aislante sólido. La celulosa reacciona para producir

CO C2H5

H

C

O H H

OH C

H C

O OH

C OH

C

C

CH2OH

OH C

H H

O H

C

CO2

H

C

O

CH2OH

H2O

H

C

H

C H

O

C

O H H

O C H

H C

H

O

C OH

Aceites para transformadores CROMATOGRAFIA DE GASES

La cromatografía de gases es una técnica empleada con bastante éxito para el diagnóstico predictivo de fallas en los transformadores. Esta técnica se ha soportado en el estudio de casos con transformadores que han fallado, transformadores con fallas incipientes, simulaciones de laboratorio y modelos estadísticos, que han conducido a establecer correlaciones entre el tipo de falla y los gases generados en los transformadores, asociados a dicha falla. La interpretación de los resultados de un análisis cromatográfico no es un asunto sencillo, pues requiere la integración de numerosos criterios. Algunos autores califican de arte el manejo adecuado de la información cromatográfica, pues se puede cometer el error de sacar de servicio una unidad que se presume tiene indicios de falla, y comprobar posteriormente que dicha situación no existía, o dejar en funcionamiento un equipo que va camino hacia la falla.


Módulo Nueve de hidrocarburos en el aceite, debido a la presencia de alguna falla de tipo térmico o eléctrico. Los gases producidos por este rompimiento pueden ser detectados y analizados en una muestra de aceite. De esta manera fallas como la ionización, arco eléctrico, sobrecalentamiento y pirólisis de la celulosa pueden ser detectadas con anterioridad a otros síntomas. Con base en lo anterior, los principales objetivos del uso de esta técnica son: - Monitorear los transformadores en servicio y obtener un aviso anticipado de una falla. - Supervisar una unidad en operación que se presume tiene una falla incipiente hasta sacarla de servicio para su reparación o reemplazo. - Indicar la naturaleza y localización de la falla. - Asegurarse que un transformador recientemente adquirido no presente ningún tipo de falla durante el período de garantía.

Sin embargo, aquí se exponen algunos de los criterios más útiles y prácticos, los cuales pueden ser de mucha utilidad en un momento dado, acudiendo en casos de necesidad a los expertos en la materia para aclarar cualquier situación, o tomar la más acertada decisión en una determinada condición particular.

- Tipos de Gases que se analizan, los principales gases disueltos que se consideran en un análisis cromatográfico son:

- Objetivos de una cromatografía de gases disueltos, la utilización del análisis de gases disueltos se basa en el rompimiento de las moléculas

Hidrógeno

: H2

Oxígeno + Argón

: O2 + A

Nitrógeno

: N2

Monóxido de Carbono : CO


Metano

: CH4

: CO2

Dióxido de carbono Etileno

: C2H4

Etano

: C2H6

Acetileno

: C2H2

La unidad de medida son las partes por millón (ppm), o sea un (1) centímetro cúbico de gas disuelto en 104 centímetros cúbicos de aceite. Aunque algunos autores tienen en consideración aspectos tales como el tipo de transformador, el volumen de aceite, etc., se han establecido algunos límites o niveles de seguridad aceptables, los cuales se resumen en la tabla que a continuación se presenta.

LIMITES PERMISIBLES DE CONCENTRACION DE GASES DISUELTOS GAS CONCENTRACION DISUELTA (PPM) H2

Menos de 20N + 50

CH4

Menos de 20N + 50

C2H6 Menos de 20N + 50 C2H4 Menos de 20N +50 C2H2 Menos de 5N + 10 CO

Menos de 25N + 500


Módulo Nueve CO2

Menos de 100N + 1500

TGC Menos de 110N + 710 TGC : Total de Gases Combustibles presentes en el aceite. N

: Número de años en servicio

En transformadores de potencia se consideran niveles serios de seguridad cuando se llega a valores entre 5 y 10 veces más altos que los datos de la tabla. Para transformadores de medida cuando están entre 10 y 50 veces. - Velocidad de Generación de Gases, este es uno de los criterios de apoyo más importantes y útiles para definir con alguna certeza la seriedad de una falla. La tabla que aparece a continuación muestra los valores de velocidad de generación de gases para condiciones normales y para condiciones de cuidado.

VELOCIDAD DE GENERACION DE GASES GAS VEL. NORMAL

LIMITE DE ACCION

H2

Menos de 5 cc/día

Más de 100 cc/día

CH4

Menos de 2 cc/día

Más de 300 cc/día

C2H6 Menos de 2 cc/día

Más de 300 cc/día


Más de 300 cc/día


Más de 50 cc/día


CO

Menos de 100 cc/día Más de 500 cc/día

CO2

Menos de 300 cc/día Más de 1000 cc/día

Los gases disueltos en el aceite son extraídos por medio del vacío. Los requerimientos de la metodología de extracción deben cumplir que: - El equipo sea capaz de extraer al menos el 97% de los gases disueltos. - El equipo evite que los gases extraídos se disuelvan nuevamente en el aceite. - El equipo suministre un vacío estricto. En el caso de una extracción completa los resultados del análisis de gases podrán relacionarse directamente con la cantidad de gases contenida en el transformador. Diferentes tipos de equipos son utilizados para la extracción de los gases, entre los cuales se tienen: Extractor de gas tipo torricelly, cuya gran ventaja es la simplicidad de su construcción pero su capacidad de extracción es muy baja; el extractor de gas tipo bomba toepler, que tiene la mayor eficiencia en la extracción de gases pero su complicada estructura y el manejo de un gran volumen de cristalería de laboratorio lo hacen solo aplicable en procesos que requieran alta precisión; y el extractor de gas tipo burbujeo, que tiene su principal ventaja en la poca manipulación de la muestra y la disposición inmediata de los gases extraídos, a través de una conexión permanente al cromatógrafo de gases. El extractor tipo burbujeo


Módulo Nueve también presenta una mayor capacidad de extracción de gases que el tipo torricelly pero ligeramente inferior al tipo bomba toepler. Extractor de gas tipo Torricelly A conexión a bomba de vacío y a muestreo de gas B indicador de gas (bureta) C tubo de desgasificación D tubo corrector E depósito de mercurio



Módulo Nueve

Extractor de gas tipo bomba Toepler A indicador de nivel de aceite (bureta) B cámara de desgasificación C bomba de mercurio D bomba Toepler E tubo conector de gas F indicador de gas (bureta) G serpentín probador de gas M manómetro de mercurio S agitador magnético V bomba de vacío Extractor de gas tipo burbujeo A colector de gas B cámara de burbujeo C agitador magnético D cilindro de gas E regulador de flujo


Tal como se aprecia en la figura, el extractor tipo burbujeo se encuentra constituido por una cámara de burbujeo donde es depositado el aceite directamente de la botella de muestreo. En esta cámara la muestra de aceite es sometida a un burbujeo continuo de un gas inerte en tal forma que ocasiona la liberación de los gases disueltos en el aceite. Estos gases son posteriormente recolectados y medidos en el cromatógrafo.


Módulo Nueve Sobrecalentamiento del aceite: Los productos de descomposición incluyen Etileno (C2H4), Acetileno (C2H2) y Metano (CH4), junto con Etano (C2H6) y trazas de los demás gases. El gas característico es el Etileno. La figura siguiente ilustra esta condición. 70 60

Antes de avanzar en la definición del diagnóstico es importante verificar el nivel de seguridad teniendo en cuenta el valor de TGC (total de gases combustibles).

50

En general se pueden agrupar las fallas en dos clases principales: 1. Fallas térmicas 2. Fallas eléctricas Existen varios métodos para determinar el tipo de falla que se puede estar presentando. Vamos a reseñar tres de los principales, los cuales se complementan entre sí, ellos son: - Método del gas característico: Se basa en análisis y pruebas realizadas con transformadores fallados, y en simulaciones de laboratorio. La presencia predominante de un gas (gas característico) es un indicador del tipo de falla, térmica (sobrecalentamiento del papel o del aceite), o eléctrica (arco eléctrico o efecto corona).

% Combustibles

Definición del tipo de falla

40 30 20 10 0 CO

H2

CH4

C2H6

C2H4

C2H2

Sobrecalentamiento del papel: Cuando ocurre esta falla se desprenden grandes cantidades de monóxido y dióxido de carbono. Cuando la falla involucra una estructura impregnada de aceite se detecta también la presencia de Metano y Etileno. Si tenemos en cuenta que la celulosa se carboniza completamente a 150oC, no es sorprendente encontrar cierta degradación que tiene lugar a la temperatura de operación normal del transforma-

dor. Esta degradación conduce a un incremento en la rata de producción de CO y CO2 pero la relación CO/CO2 se mantiene en una estrecha banda entre 0,1 y 0,3. Un sobrecalentamiento prolongado tiende a incrementar la mencionada relación, por tanto, niveles altos de los gases característicos acompañados de una alta relación CO/CO2 es un síntoma evidente de que la celulosa está sobrecalentada. El gas característico es el monóxido de carbono (CO). 100

Módulo Nueve encontrará también CO y CO2. El gas característico es el Acetileno (C2H2). 70 60 50 40 30 20 10 0

90 80

CO

H2

CH4

C2H6

C2H4

C2H2

Efecto Corona:

70

% Combustibles


% Combustibles


Descargas eléctricas de baja energía producen normalmente Hidrógeno y Metano, con pequeñas cantidades de Etano y Etileno. Cantidades comparables de CO y CO2 pueden aparecer por descargas en la celulosa.

60 50 40 30 20

En algunos casos, cantidades significativas de Hidrógeno se forman por la presencia excesiva de agua en áreas críticas del transformador.

10

0 CO

H2

CH4

C2H6

C2H4

C2H2

Arco Interno: Cuando se presenta este tipo de falla se generan grandes cantidades de Hidrógeno y Acetileno, con cantidades menores de Metano y Etileno. Como se dijo antes, si la celulosa está comprometida se

El gas característico es el Hidrógeno (H2). Como se puede concluir fácilmente de las figuras, cuando se tienen fallas de tipo eléctrico (arco o efecto corona), siempre está presente el Hidrógeno. Este es un gas muy peligroso ya que puede

Aceites para transformadores 100

Módulo Nueve GUIA DE INDICADORES DE DETERIORACION

90

70

INDICADOR Monóxido de Carbono Dióxido de Carbono

SIMBOLO CO CO2

TIPO DE DETERIORO Envejecimiento del papel Corona en el papel

60

Hidrógeno

H2

Corona en el aceite

Metano Etano Etileno Hidrógeno

CH4 C2H6 C2H4 H2

Descomposición térmica del Aceite a temperaturas menores de 250oC

Acetileno Hidrógeno

C2H2 H2

80

% Combustibles


50 40 30 20 10

0 CO

H2

CH4

C2H6 C2H4 C2H2

conducir a la explosión del transformador. El cuadro siguiente es un resumen o guía de los gases indicadores de fallas térmica o eléctrica en el transformador. El cuadro siguiente es un resumen o guía de los gases indicadores de fallas térmica o eléctrica en el transformador Algunos métodos consideran que no siempre la sola presencia de los gases claves o característicos son suficientes para determinar la gestación de una determinada falla en los equipos, sino que asocian la posible falla con la relación de los volúmenes de los gases producidos en el transformador, por ejemplo, etano/etileno, hidrógeno/acetileno, etc. Cabe destacar que su aplicación es menos frecuente y solo los vamos a mencionar:

Arco eléctrico a través del Aceite

a. Método de las relaciones de dornenburg. b. Método de las relaciones de Rogers. Es necesario enfatizar que las solas relaciones de gases no pueden ser usadas como único criterio para evaluar la condición del transformador puesto que ellas no contienen la información sobre la severidad de la falla. Se requiere entonces tener en cuenta otras consideraciones tales como el TGC, la velocidad de generación de gases, etc. Para una adecuada interpretación de un reporte cromatográfico y, como guía de acción, se recomienda seguir el siguiente diagrama de flujo.



Módulo Nueve

COMPARE LOS VALORES EN PPM CON LOS DE LA TABLA

VALORES MENORES QUE TABLA

TRANSFORMADOR NORMAL

FRECUENCIA NORMAL DE MUESTREO

UNO O MAS VALORES MAYORES QUE LOS DE LA TABLA (Ignore CO Y CO2) MAS DE 10 VECES

MAS DE 5 VECES

REPITA MUESTRA EN 2 SEMANAS

REPITA MUESTRA EN 6 SEMANAS

CALCULE LA VELOCIDAD DE GENERACION DE GASES SEGÚN LA TABLA SI VELOCIDAD SIGNIFICATIVA, CALCULE LAS RAZONES Y ESTABLEZCA EL TIPO DE FALLA

VALORES CO Y CO2 MAYORES QUE TABLA REPORTE NORMALIDAD PUEDE INDICAR SOBRECALENTAMIENTO NO SERIO. REPITA MUESTRA AL MENOS 1 VEZ/AÑO


De acuerdo con los resultados obtenidos durante el programa periódico de inspecciones, que involucra evaluaciones tanto para el aceite como para el transformador, es posible adoptar una de las siguientes alternativas con el objetivo de prolongar el tiempo de servicio de ambos elementos: 1. Secado del aceite. 2. Reacondicionamiento del aceite. 3. Cambio del aceite. 4. Secado del sistema dieléctrico. 5. Eliminación del lodo depositado en el transformador. 6. Limpieza y reparación del transformador, operación que incluye el desembaulado del equipo. Para nuestro campo de acción nos ocuparemos de las cinco primeras operaciones, ya que en la última se incluyen actividades que escapan al propósito de este trabajo. Secado del aceite: El secado del aceite se recomienda cada vez que su rigidez dieléctrica ha bajado a un nivel igual o menor que el voltaje de diseño del transformador. Por lo general, la humedad en el aceite es una causa frecuente de recalentamiento del equipo donde se utiliza, lo cual a su vez favorece la fijación o disolución de humedad atmosférica en el aceite, pues como se sabe la solubilidad del agua en el aceite aumenta con la temperatura.


Módulo Nueve El secado del aceite puede hacerse mediante las operaciones convencionales siguientes: a. La filtración del aceite húmedo a través de un medio secante o hidrófilo. b. La evaporación al vacío del agua contenida en el aceite. c. La combinación de (a) más la evaporación al vacío del aceite filtrado. La filtración del aceite a través de un medio secante (papel seco o arcilla activada) no sólo disminuye la cantidad de humedad contenida en el aceite (disuelta o suspendida) sino que también elimina las partículas sólidas de lodo suspendidas en él, con lo cual se disminuye considerablemente el grado de acidez del aceite. No obstante, el grado de secado obtenido con estos procesos de filtración dependerá en gran medida de la humedad relativa originalmente contenida en el medio secante utilizado. Un control continuo del contenido de agua del aceite a la salida es muy útil para verificar la eficiencia del proceso. Uno de los equipos ampliamente utilizados en la filtración del aceite es el filtro prensa, conformado por una serie de placas de papel secante, a través de las cuales se hace circular el aceite repetidamente hasta reducir su nivel de humedad a valores aceptables. Mediante este método se pueden alcanzar niveles mínimos hasta de 30 ppm. Otro método generalizado y eficiente para eliminar la humedad contenida en el aceite dieléctrico

Aceites para transformadores consiste en una evaporación o deshidratación al vacío y a moderadas temperaturas. Con este método la humedad se reduce a niveles más bajos que los obtenidos con los procesos de filtración, por ejemplo hasta 15 ppm, pero no se logra eliminar los sólidos suspendidos en el aceite. Por tal razón, si el aceite contiene materias sólidas se aconseja filtrarlo antes de tratarlo en vacío. El tratamiento al vacío y a alta temperatura de los aceites minerales inhibidos puede llegar a eliminar parcialmente los inhibidores de oxidación comúnmente utilizados, di-iso-butil-para-cresol y el di-isobutil-fenol, que son más volátiles que el aceite mineral. Como elemento de precaución y guía para usar este método, se presenta el cuadro siguiente, donde se indican las condiciones de temperatura y presión, que pueden ser las más apropiadas para la mayor parte de los tratamientos de aceites minerales inhibidos. TEMPERATURA ( oC) PRESION DE VACIO (Pa) 40

5

50

10

60

20

70

40

80

100


Módulo Nueve Reacondicionamiento o Regeneración del aceite: Si además de una baja rigidez dieléctrica, se observa un alto número de neutralización (0,3 o más) y una baja tensión interfacial (20 o menos), el aceite debe ser tratado hasta obtener valores permisibles para la operación normal del equipo. El reacondicionamiento del aceite debe restablecer el factor de potencia a un valor que en ningún caso debería ser mayor de 0,3 a 100 oC. Una guía práctica y rápida para saber si el aceite debe ser reacondicionado, es cuando el color, medido mediante el método ASTM D-1500, es igual o mayor de 2,5. La regeneración del aceite busca eliminar de éste, por medios químicos y absorbentes, los agentes contaminantes ácidos, los lodos y, en general, los productos de degradación, con el fin de obtener un aceite en el cual la mayoría de sus características sean similares a las del aceite nuevo. Proceso por Absorción: El material más utilizado y por otra parte el menos costoso es la tierra “fuller", que es una arcilla natural. Generalmente, la regeneración se efectúa mediante uno de los dos métodos siguientes: - Filtrar a través de un lecho de arcilla, ya sea por gravedad o bajo presión. - Poner en contacto, a temperatura elevada, el aceite con la arcilla finamente dividida.


El principio general de la filtración bajo presión es similar al de la filtración por gravedad excepto que se utiliza una bomba para hacer circular el aceite a través de la arcilla. Los equipos empleados para tal fin pueden tratar grandes volúmenes de aceite en un tiempo relativamente corto y funcionan forzando a pasar el aceite a través de un lecho de arcilla de poco espesor (profundidad), a una presión aproximada de 400 KN/m2, en un tiempo de contacto bastante corto. Como la cantidad de arcilla es poca respecto a la cantidad de aceite, la arcilla debe ser reemplazada frecuentemente.

La filtración por gravedad utiliza la fuerza de gravedad o la presión hidrostática de una columna de aceite, para hacer pasar el aceite a través de una columna de arcilla. La figura representa esquemáticamente un sistema tipo de filtración por gravedad. El tanque superior es utilizado como recipiente del aceite usado, el de la mitad como filtro que contiene la tierra fuller y el tanque inferior como cámara de mezcla para el aceite filtrado, con el fin de obtener un producto con características uniformes después del filtrado.


Módulo Nueve 3

3 6

10 1 2

11 7

3

4

8

10

9

5

1. Cuba de almacenamiento del aceite usado 2. Aceite 3. Abertura de inspección 4. Agitador 5. Mezclador y cuba almac. del aceite tratado 6. Válvula con flotador 7. Lecho de arcilla 8. Tejido filtrante 9. Rejilla soporte 10. Válvula 11. Filtro a tierra fuller


El tratamiento es controlado midiendo, periódicamente, la acidez y la tensión interfacial. Mediante este método el aceite puede ser tratado hasta lograr el grado de pureza deseado. En una instalación como la mostrada en la figura el flujo es lento, aproximadamente 400 litros por hora por metro cuadrado de la sustancia filtrante. Como resultado de la baja tasa de flujo se tiene un tiempo de contacto relativamente largo, lo cual garantiza una eficiente utilización de la arcilla.

En el proceso por contacto para la regeneración de aceite, se usa también tierra fuller con una granulometría de 77/cm y 96/cm y temperaturas de operación relativamente altas, por lo general de 60oC y 70oC. Este proceso optimiza el uso de la tierra y proporciona un producto uniforme. El grado de regeneración depende de la cantidad de tierra usada, lo que se determina mediante un análisis del estado de deterioro del aceite.


Módulo Nueve Normalmente, se introducen el aceite y la tierra fuller en una cámara mezcladora caliente. La mezcla se agita al mismo tiempo que se calienta hasta la temperatura deseada. Luego, el aceite es transferido a un tanque antes de ser bombeado a través de un filtro especialmente diseñado para retener la tierra. Una gran parte del aceite retenido en la tierra es recuperado aplicando aire comprimido al filtro. La selección de un método de regeneración que se revele como el más práctico y económico para un sistema dado depende de la situación y característica geográfica donde se encuentra la red, de los dispositivos existentes para efectuar el tratamiento, de las características de los diferentes tipos de equipos de regeneración y de los métodos descritos anteriormente. Independientemente del tipo de regeneración por arcilla utilizado es conveniente prever dos operaciones auxiliares al tratamiento:

0.05 0.10 0.15 0.20

0.20

0.30 0.40 0.15

0.50 0.60 0.80

0.10

1.00

0.05

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

NUMERO DE NEUTRALIZACION DEL ACEITE A TRATAR

2.0

No DE NEUTRALIZACION DESEADO

ARCILLA ACTIVADA Kg/Litro

0.25

a. Eliminar el agua libre del aceite antes que éste entre en contacto con la arcilla, para evitar humedecerla y causar un bloqueo parcial o posiblemente total de la arcilla, lo que obligaría a deshacerse de ese lote de material secante. b. Es conveniente que el aceite que sale del regenerador a la arcilla pasé a través de un deshidratador automático herméticamente cerrado para evitar la presencia de agua en el producto final. Esto es particularmente cierto, cuando el aceite circula dentro del transformador y, absolutamente


indispensable, si la regeneración se efectúa en el momento en que el transformador esté energizado.

Existen otros métodos de regeneración conocidos, como es la regeneración por fosfato trisódico, por carbón activado y silicato de sodio y también, la filtración por termosifón mediante derivación estando el transformador en servicio. Cambio del aceite: Esta decisión debe adoptarse cuando no se logra, con la regeneración del aceite, restablecer el valor de sus propiedades a valores permisibles por la norma ASTM. Las normas que han establecido la mayoría de los usuarios contemplan los siguientes parámetros y sus límites: Para equipos que operan por debajo de 50 kV: En estos casos el aceite debe descartarse cuando, por lo menos, una de las siguientes pruebas sobrepasa los valores que se indican a continuación: a.Color, ASTM D1500 5 b.Acidez total, ASTM D974 0,7 mgKOH/g c.Factor de potencia 60 Hz/100oC ASTM D924 0,3% d.Contenido de agua, ASTM D1315 55 ppm e.Tensión interfacial, ASTM D971 15 dinas/cm

Máx. Máx. Máx. Máx. Min.


Módulo Nueve Para equipos que operan por encima de 50 kV: En estos casos el aceite debe descartarse cuando, por lo menos, una de las siguientes pruebas sobrepasa los valores que se indican a continuación: A. Color, ASTM D1500

3

Máx.

B. Acidez total, ASTM D974

0,25 mgKOH/g

Máx.

C. Factor de potencia 60 Hz/100oC ASTM D924 0,3%

Máx.

D. Contenido de agua, ASTM D1315

30 ppm

Máx.

E. Tensión interfacial, ASTM D971

20 dinas/cm2

Min.

Si consideramos los conceptos discutidos previamente, se deduce que el cambio de aceite no ayuda mucho en el mantenimiento preventivo del transformador, ya que no disminuye en forma significativa las cantidades de agua y lodo que pudieran existir en su interior. El cambio de aceite sólo se justifica cuando dicha operación va acompañada de un “flushing”o lavado con aceite nuevo a alta temperatura, con lo cual se eliminaría parte del agua y del lodo contenido en el equipo. En efecto, cuando el nivel de degradación del aceite es muy avanzado, es decir cuando ya el lodo ha comenzado a precipitarse en el interior del equipo, y/o cuando la celulosa ha logrado acumular una

Aceites para transformadores considerable cantidad de agua, el sólo cambio de aceite no modifica mucho la condición del transformador, particularmente porque el 99,75% del agua contenida en el equipo se encuentra disuelta en la celulosa del papel dieléctrico.

De cualquier manera, durante el cambio del aceite de un transformador es oportuno tener en cuenta lo siguiente: a. Drenar al máximo el aceite contenido en el equipo. b. Procurar que el cambio de aceite se lleve a cabo en un ambiente seco o de baja humedad relativa. La temperatura del aceite debe ser lo más cercana a la del ambiente, pues si es inferior, el aceite condensará en su seno la humedad ambiental, y si es superior, tiende a saturarse con ella. c. Evitar la exposición prolongada del núcleo del transformador al aire húmedo o a cualquier otro gas con una humedad relativa igual o mayor al 85%. En tal sentido conviene mencionar que esa exposición al aire húmedo debería mantenerse entre los límites indicados abajo, a fin de evitar que el papel y la madera que forman parte del núcleo del transformador fijen la humedad contenida en el aire.


Módulo Nueve MAXIMA EXPOSICION DE UN NUCLEO DE UN TRANSFORMADOR AL AIRE HUMEDO CAPACIDAD DEL HUMEDAD RELATIVA DEL AIRE TRANSFORMADOR MENOS DE 85 MAS DE 85% Menos de 50kV 30 horas 25 horas 50-125 kV 25 15 126-250 kV 15 10 251-500 kV 10 8 Más de 500 kV 8 5

Secado del sistema dieléctrico: Esta operación consiste básicamente en repetir, las veces que se requiera, el secado del aceite con temperaturas moderadas y alto vacío. Si el aceite seco se bombea a un transformador que tiene el núcleo húmedo, al estar en contacto con la humedad se saturará nuevamente con agua, retirándola del núcleo. El número de veces que hay que circular el aceite a través del transformador depende de la cantidad de humedad contenida en su núcleo y también de la temperatura del aceite que se circula. Es decir, mientras más seco y más caliente esté el aceite será mayor la cantidad de agua extraída a cada paso. La operación se repite hasta que el contenido de humedad del aceite que entra y sale del transformador es más o menos la misma, o sea haya alcanzado el grado de humedad deseado.


Es bueno recordar que el aceite no debe calentarse por encima de 90oC pues de lo contrario se acelerará el proceso de oxidación del aceite. Una vez el aceite ha sido utilizado en una operación de secado de un transformador, debe determinársele el contenido de inhibidor de oxidación (si era un aceite inhibido) y reponerle el que se ha gastado.

En algunas oportunidades se utiliza una carga de aceite nada más para lavar y secar el transformador y, en este caso, el aceite puede calentarse a mayores temperaturas (100-120 oC), ya que posteriormente el transformador se cargará con aceite nuevo. Eliminación del lodo del transformador: Es indudable que la operación más compleja de mantenimiento que se puede hacer en un transformador, sin desembaularlo o sacarlo de su caja de protección, es su limpieza interna, ya que ello incluye: a. El secado y eliminación del lodo suspendido en el aceite. b. La solubilización en el aceite del lodo depositado en el transformador y su posterior eliminación. Conviene aclarar que tanto ésta, como las demás operaciones de mantenimiento ya reseñadas, pueden ser realizadas en el sitio donde se encuentra instalado el transformador y aún con el equipo energizado. Una vez que el lodo empieza a depositarse en las partes energizadas del transforma-


Módulo Nueve dor, ya no es posible removerlo sino mediante la recirculación de aceite caliente a través de su núcleo o desembaulando el equipo y lavándolo con un solvente adecuado. En el diagrama siguiente se ilustra una planta de mantenimiento compacta para limpieza interna de transformadores, que incluye: Bomba de recirculación, calentador, secador al vacío, filtros de arcilla o cualquier otro material absorbente, dosificador de inhibidor, filtro micrométrico, tanque auxiliar, mangueras flexibles y todos los instrumentos de indicación, regulación y análisis necesarios para vigilar o verificar la operación. Para ajustar la temperatura de operación de la planta de tratamiento es muy importante conocer el punto de anilina del aceite que se utilizó para el llenado del transformador, ya que dicha variable indica la temperatura a la que el lodo depositado en el transformador se hace soluble en el aceite. Si recordamos, por definición, el punto de anilina de un aceite dieléctrico es la temperatura a la cual iguales volúmenes de aceite y anilina se hacen completamente solubles el uno en la otra, o viceversa. La anilina, las resinas y, por lo tanto, los lodos que se forman de la degradación u oxidación de los hidrocarburos, tienen una solubilidad muy semejante frente al aceite, de lo cual se deduce que para disolver los lodos depositados en el transformador hay que calentar el aceite por encima de su punto de anilina.



Módulo Nueve

MANTENIMIENTO DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA

ENTRADA BOMBA DE VACIO INHIBIDOR BOMBA DE ENTRADA

BOMBA DE SALIDA C

FILTRO PARA SOLIDOS TRANSFORMADOR

A

CALENTADOR

FILTROS DE B ARCILLA

SECADOR AL VACIO

PLANTA DE TRATAMIENTO

FILTRO MICROMETRICO


Sección Tres

LUBRICANTES SHELL PARA TRANSFORMADORES

Shell Diala La familia Shell Diala son aceites dieléctricos con excelentes propiedades de estabilidad a la oxidación, para aplicaciones en donde se requiere una rápida transmisión de calor. Su campo de aplicación es, principalmente, en transformadores de potencia y distribución, pero también pueden ser usados en interruptores de potencia en baño de aceite, equipos de rayos x, condensadores, y en general todo sistema que requiera el empleo de aceites dieléctricos. La familia Shell Diala está conformada por los aceites Shell Diala A y Shell Diala AX. Poseen buenas propiedades refrigerantes debido a su baja viscosidad, lo cual facilita la disipación del calor generado en los transformadores. Además, tienen excelente estabilidad química y a la oxidación, permitiendo amplios períodos de funcionamiento debido a su resistencia a la formación de lodos y ácidos. Un aspecto importante es que los aceites Shell Diala están libres de PCB (polyclorinados Bifenilos), elemento altamente tóxico y contaminante al medio ambiente. Los aceites Shell Diala cumplen y exceden los


Módulo Nueve requerimientos de la norma ANSI/ASTM 3487, en la que se especifican dos tipos de aceite denominados tipo I y tipo II. Shell Diala A es un aceite tipo I que posee excelentes propiedades naturales contra la oxidación, otorgándole un desempeño excepcional en equipos que no requieren aceites inhibidos. Para condiciones más severas, que requieren una mayor resistencia a la oxidación, se recomiendan los aceites tipo II, tal como Shell Diala AX que contiene aprox. un 0.2% en peso de aditivo inhibidor y en ningún caso más del 0.3 %. La tabla muestra las cifras típicas de los aceites Shell Diala A y AX.



Módulo Nueve

CIFRAS TIPICAS SHELL DIALA PRUEBAS

METODO ASTM

Densidad @ 15oC, Kg/l Viscosidad @ 40oC, cSt. Viscosidad @ 100oC, cSt. Punto de inflamación (Copa abierta),oC Punto de fluidez,oC Punto de anilina,oC Tensión interfacial @ 25oC, Dinas/cm Tensión de impulso, *Kv Tendencia formación de gases. Microl/min 80oC Valor de neutralización, mg KOH/g Lodos a las 164 h, %peso, máx. Rigidez dieléctrica*, Kv Factor de potencia a 60 Hz. @ 25oC Factor de potencia a 60 Hz. @ 100oC

D-1298 D-445 D-445 D-92 D-97 D-611 D-971 D-3300 D-2300B D-974 D-2440 D-1816 D-924 D-924

A

AX

0.885 9.7 2.3 148 -50 74 46 186 15.6 0.01 0.2 >56 0.01 0.07

0.885 9.7 2.3 148 -50 74 46 186 9.9 0.01 0.2 >56 0.01 0.07



Módulo Nueve

SUPERIORIDAD REGIONAL DE CALIDAD SHELL DIALA A Y SHELL DIALA AX / BENCH MARKING Realizado el sondeo de mercado de los aceites dieléctricos disponibles en el área del norte de suramérica se encontró que los aceites Shell Diala A y Shell Diala AX superan los sustitutos comercializados por la competencia y por ende garantizando un mayor confiabilidad de operación y mantenibilidad de los equipos eléctricos en todos los especificaciones técnicas en general, pero destacandose las siguientes: Punto de anilina, oC ASTM D-611 =74: Este valor garantiza que el aceite puede ser mantenido o procesado por los equipos auxiliares de transformadores sin comprometer la pirolisis del papel que se encuentra dentro de los mismos, frente a los aceites de la competencia cuyos valores de punto de anilina son mayores a 80°C. Tensión de impulso, *Kv ASTM D-3300=186: Mayor a la de los aceites de la competencia que se encuentra por el límite máximo de 165°C, lo anterior permite al transformador mayor resistencia a la inducción de arco eléctrico por descargas eléctricas bajo condiciones de tormenta. Tendencia formación de gases. Microl/min 80oC ASTM D-2300B=15.6(Shell Diala A) =9.9 (Shell Diala AX): Es muy inferior a la reportada frente a las pruebas de la Doble Eng/USA, por parte de

los aceites no provenientes de la refinación de los crudos WTI, especialmente obtenidos en la zona sur de los EEUU, los cuales arrojan cifras riesgozas de formación de gases potencialmente explosivos arriba de valores de 27.


Sección Cuatro


Módulo Nueve servicio de almacenamiento de aceites aislantes , como precaución adicional para evitar una posible contaminación.

MANEJO DE ACEITES DIELECTRICOS

Precauciones en el Almacenamiento

Con el fin de asegurar un servicio satisfactorio, es esencial tomar un máximo de precauciones tanto en la manipulación, envase y almacenamiento del aceite dieléctrico como durante su transvase a los equipos. Igualmente, se requiere tener un máximo cuidado en el momento de la toma de muestra del aceite usado, pues cualquier contaminación, particularmente con humedad del medio ambiente, puede conducir a diagnósticos erróneos sobre la condición del aceite.

No solo en el almacenamiento sino en el transporte de estos aceites, la limpieza de carros-tanque y tambores es mantenida cuidadosamente, y en ambos casos, no son llenados durante tiempo lluvioso o en que la humedad sea muy alta. Los tanques y los tambores son cerrados herméticamente para minimizar la entrada del aire.

Precauciones en la Refinación Aunque el agua es el contaminante más común, no es el único. El polvo presente en el ambiente y otras impurezas, también afectan a las propiedades eléctricas de los aceites. Reconociendo la extrema importancia de la pureza, los fabricantes deben hacer todo lo posible por producir y entregar a los usuarios aceites aislantes que estén secos y limpios. Como paso final en su proceso de manufactura, el aceite se hace circular a través de filtros especiales para remover las posibles cantidades de agua libre o disuelta. La deshidratación o secado es seguida por la transferencia del aceite a tanques especiales que no solo deben estar limpios y secos, sino que están dedicados exclusivamente al

El agua es el contaminante más común y uno de los más indeseables. Puede penetrar un tambor o recipiente donde se envase el aceite a través de la más mínima abertura o mediante el proceso normal de respiración causado por la expansión y contracción del aire en el recipiente mismo. Este aire, en pequeñas o grandes cantidades, se encuentra en la parte superior de cualquier recipiente y durante el tiempo frío del día, tiende a contraerse aspirando aire adicional a través de cualquier conexión o tapa que no esté herméticamente sellado. Al mismo tiempo, la baja temperatura puede causar que la humedad se condense, formándose góticas de agua que contaminen el aceite. Después, cuando la temperatura ambiente aumenta también se incrementa la temperatura y la presión del aire dentro del recipiente, siendo expulsado del mismo y dando a lugar a que una nueva carga de aire húmedo ingrese al recipiente tan pronto la temperatura vuelve a descender.


Los aceites dieléctricos envasados en tambores deben ser almacenados bajo techo donde no estén expuestos a la inclemencia del tiempo y a cambios de temperatura. Los tambores deben ubicarse en un nivel superior al del piso y es conveniente colocarlos en posición vertical pero invertidos, de tal manera que la tapa siempre quede en la parte inferior, cubierta de aceite, para que la presión ejercida por el fluido sobre la tapa impida el ingreso de aire o agua a través de ésta. Sin embargo, el almacenamiento en tambores no siempre es satisfactorio, particularmente cuando estos han sufrido golpes, choques u otros desgastes durante el almacenamiento o transporte. Aunque se hayan tomado todas las precauciones necesarias para garantizar la entrega de un aceite limpio y seco, es fundamental que igual o mayor cuidado se tenga durante la descarga del producto. Si el aceite dieléctrico se entrega a granel,los primeros 10 galones, más o menos, que se saquen del fondo del compartimento (carro-tanque) deben eliminarse. Si alguna contaminación ocurre durante el transporte, esta es la porción que puede contener agua y su eliminación es una buena inversión para mantener la calidad. Solamente líneas cortas y limpias deben usarse para mover el aceite al tanque de almacenamiento. Ni líneas ni tanques deben ser usados para otros propósitos y ambos deben mantenerse bajo rigurosas condiciones de limpieza. Los tanques de almacenamiento deben poseer líneas de venteo con


Módulo Nueve filtros que eviten la entrada de humedad y otros contaminantes.

Precauciones durante el llenado En el llenado de transformadores y otros equipos eléctricos, los interiores deben ser inspeccionados para verificar que estén limpios y secos. Para excluir aire y humedad, generalmente, los transformadores grandes, se ponen bajo vacío, o se cargan con gas seco e inerte antes de llenarlos con aceite. La operación de eliminar el aire y la humedad a menudo se continúa con un ligero calentamiento del aceite antes de aplicarlo.Después de llenado, el aceite puede sellarse en el espacio libre con un gas inerte o en la respiración del transformador se puede colocar un desecante para secar cualquier cantidad de aire que pueda entrar al espacio libre que haya entre el aceite y la parte superior del condensador. Se recomienda insistentemente que el aceite se filtre durante la transferencia de un tanque o un tambor al equipo eléctrico.

Precauciones durante el servicio Aún en las unidades selladas, la probabilidad de contaminación no se elimina por completo. Aparte de que el polvo y el agua disminuyen las propiedades eléctricas, el contacto con el aire tiende a degradar las propiedades físicas del aceite. Si recordamos, la presencia del aire causa la oxidación, especialmente a temperaturas altas, y la oxidación es responsable de la formación de lodos que interfieren con la disipación del calor, reduciendo


la eficiencia del equipo al incrementarse las pérdidas dieléctricas. Aún cuando la vida de un aceite dieléctrico se considera que dura años, circunstancias imprevistas pueden reducir su vida útil. Por esta razón es conveniente efectuar análisis al aceite con una frecuencia determinada por las condiciones propias del servicio.

TOMA DE MUESTRAS DE ACEITES DIELECTRICOS EN SERVICIO El propósito de esta sección es presentar un procedimiento razonable para tomar una muestra de aceite dieléctrico. Las siguientes recomendaciones no deben considerarse como obligatorias, simplemente sirven como una guía para llevar a cabo un programa periódico de muestreo de aceite. El procedimiento de muestreo comienza con la selección correcta del recipiente donde se recogerá la muestra. Este debe estar completamente limpio y debe manipularse con extremo cuidado antes y después de la toma. Los siguientes tipos de recipientes son considerados como apropiados:} 1. Los envases de vidrio se prefieren sobre cualquier otro material. Pueden ser transparentes o de color. En términos generales, los envases de color, tal como el ámbar, deben ser utilizados cuando la muestra va a ser expuesta a la luz por algún tiempo, antes que se efectúen las pruebas. 2. Los envases plásticos pueden ser utilizados pero, si la muestra va a ser transportada o expues-


Módulo Nueve ta al medio ambiente durante algún tiempo, existe la probabilidad que se contamine con agua, por el ingreso de aire húmedo debido a las contracciones y expansiones del material del envase. Las tapas de los envases deben ser plásticas, y en lo posible incluir foils de aluminio o estaño. Los sellos de caucho están totalmente prohibidos. En cuanto a la cantidad de aceite requerida para la realización de las diferentes pruebas, es necesario aclarar que depende de los equipos en los cuales se van a realizar. Para el caso de los análisis realizados por Shell Colombia, se requiere un (1) litro. Resulta conveniente que el recipiente se llene completamente de aceite, para evitar cámaras de aire dentro del mismo. La identificación con los datos completos de la muestra es esencial para efectuar diagnósticos válidos. La inclusión de datos incompletos o errados pueden conducir a conceptos equivocados sobre el estado del aceite y del equipo, con las graves consecuencias ya reseñadas.

Procedimientos y métodos de muestreo El procedimiento llevado a cabo para tomar la muestra de aceite, determina la calidad y la representatividad de la misma. Por ejemplo, si se va a chequear el factor de potencia o la rigidez dieléctrica del aceite, es crítico evitar cualquier contaminación o humedad en particular. Esto incluye no tomar la muestra cuando la humedad del aire circundante es muy alta, en tiempo lluvioso o

Aceites para transformadores cuando la temperatura del aceite es menor que la temperatura del aire.

Una cantidad de aceite debe ser drenada antes de tomar la muestra a evaluar, con el objeto de asegurar la eliminación de posible agua acumulada, sedimentos, etc., en la válvula de drenaje y sus conexiones. Luego de esto una cantidad de aceite debe recogerse en el recipiente y usarse para lavarlo. Efectuada esta limpieza, se procede a tomar la muestra de aceite definitiva y a sellar herméticamente el recipiente. Como ya se ha mencionado, la muestra debe ser protegida de la luz hasta que los test sean hechos. Es claro que la muestra de aceite obtenida debe ser representativa del aceite en servicio. Para ello se requiere que sea tomada del punto más bajo en el tanque. En algunas ocasiones, debido a fugas en el equipo es necesario drenar una cantidad considerable de aceite antes que una muestra satisfactoria se obtenga para evaluar su rigidez dieléctrica o su factor de potencia. En tales circunstancias, la cantidad drenada y descargada debería indicarse en los datos de identificación y solicitud de análisis de laboratorio. Método de muestreo por jeringa: Este método es el más adecuado, ya que la muestra de aceite no se afecta en forma significativa con los cambios de presión y temperatura, independiente del medio de transporte utilizado. El método consiste en el uso de jeringas de vidrio


Módulo Nueve de aprox. 30 a 50 ml de capacidad con válvulas plásticas de tres vías fijadas en su punta, tal como se ilustra en la figura. Estas válvulas a pesar de ser removibles se consideran parte integral del dispositivo de muestreo. Una segunda válvula idéntica puede ser usada como dispositivo de acople a la válvula de muestreo del transformador donde se toma la muestra de aceite. Una técnica satisfactoria para tomar muestras de aceite libres de burbujas es la indicada esquemáticamente en la figura siguiente.



Módulo Nueve

Muestreo por tubería: El método consiste en formar con una botella de vidrio transparente de aprox. 200 a 300 ml. de capacidad, perforada en sus dos extremos, y con mangueras de polietileno conectadas a ella, una tubería que adaptada a la válvula de muestreo del transformador permita el flujo del aceite a través, evitando así él contacto con el aire para obtener una muestra de aceite libre de contaminación.

Adaptadores

Manguera plástica

La botella de muestreo presenta las siguientes ventajas:

Adaptador Botella de muestreo

Recipiente de los residuos de aceite

Aceites para transformadores - Evita el contacto o contaminación del aceite con el aire. - Por su forma no permite la permanencia de burbujas dentro de la botella. - Por su transparencia permite chequear el estado del aceite dentro de la botella. - Por su hermeticidad no permite el ingreso de gases a través de sus paredes. El conjunto conformado por la botella de muestreo, las mangueras y sus respectivas válvulas de sello deben estar completamente limpias. Después de tomada la muestra el conjunto es envuelto con papel parafinado y acomodado apropiadamente en cajas acolchadas para un transporte seguro, aún por vías en mal estado. Las muestras de aceite deben ser tomadas, por lo general, de la válvula principal de drenaje del transformador con el uso de un dispositivo de acople. Cuando un transformador está en operación, el aceite se mantiene en circulación dentro del tanque a través de los radiadores y los gases generados son difundidos y disueltos de manera uniforme.


Módulo Nueve Ahora bien, si el transformador ha permanecido mucho tiempo fuera de servicio, por ejemplo después de una falla, es conveniente tomar las muestras de aceite después de diez (10) minutos de haber colocado en operación las motobombas de circulación forzada o los ventiladores, según el tipo. Este método es recomendable solo para el análisis de equipos que tienen un gran volumen de aceite, tales como los transformadores de potencia.

Mecanizado de Metales


Módulo Diez

CONTENIDO Sección Uno El corte de metales Introducción Teoría del corte de metales Herramientas de corte Clasificación de los metales según su maquinabilidad

Sección Dos Fluidos para el mecanizado de metales Funciones que deben cumplir Aceites emulsionables Propiedades Efecto de la calidad del agua sobre la emulsión Preparación de una emulsión Contenido de aceite de una emulsión Monitoreo y mantenimiento de una emulsión en servicio pH durante el servicio Contaminación con fugas de aceite (Tramp Oil) Contaminación con polvo metálico Contaminación por bacterias y hongos Métodos para combatir los microorganismos

Cambiando las máquinas herramientas de aceites puros a emulsiones Disposición de emulsiones usadas Proceso de disposición Aspectos de salud e higiene Conclusiones Aceites puros para el mecanizado de metales Propiedad humectante Propiedades de extrema presión y lubricantes Acción anticorrosiva sobre la máquina y la pieza a mecanizar Tendencia a la formación de humos

Sección Tres Superlubricantes Shell para el mecanizado de metales Aceites emulsionables Aceites puros

Sección Cuatro Selección de un aceite de corte

Mecanizado de Metales Sección Uno EL CORTE DE METALES INTRODUCCION Cuando se mecanizan metales se genera calor tanto en el corte como en la fricción de la viruta a lo largo de la herramienta de corte. La temperatura alcanzada depende del balance entre la generación de calor y su disipación o evacuación. Con los fluidos de corte se disminuye el coeficiente de fricción, se alarga la vida útil de la herramienta, se mejora el acabado superficial, se incrementa la producción y se reducen los costos. Hay dos tipos base de fluidos de corte, los cuales se considerarán en detalle en el desarrollo del módulo. Los fluidos miscibles con agua y los aceites puros son las dos categorías de lubricantes para el mecanizado de metales. Shell dispone de un portafolio de productos que cumplen satisfactoriamente todas las operaciones de corte y se cuenta con la tecnología necesaria para cubrir los requerimientos especiales de un determinado caso.


Módulo Diez TEORIA DEL CORTE DE METALES Los dos principales problemas que se presentan en el mecanizado de metales son el calor y el rozamiento; ambos generados durante la operación. El calor generado puede provenir de las siguientes causas: a. De la energía procedente de la deformación plástica. b. Del rozamiento de la viruta arrancada a la pieza, cuando aquella se desliza por la cara frontal de la herramienta. c. Del rozamiento de la herramienta contra la pieza metálica que se mecaniza. De estas tres causales de generación de calor durante el mecanizado, la primera es la que más incidencia tiene, calculándose en las dos terceras partes del calor total.

Herramientas de Corte La herramienta de corte es muy importante en un trabajo de mecanizado, puesto que si no da el rendimiento adecuado por falta de una buena lubricación y refrigeración, puede ocasionar pérdidas elevadas no sólo por el valor de la herramienta que se pueda dañar y que a veces es muy costosa como en el caso del brochado, sino que hay que agregar el valor de las piezas defectuosas.

Mecanizado de Metales El mayor enemigo de la herramienta es el calor generado durante la operación, pues la temperatura más alta tiene lugar alrededor de ésta produciéndose un reblandecimiento de la herramienta que, junto con la abrasión y la fricción, pueden destruirla rápidamente. Esta acción el progresiva pues al ser la herramienta más blanda se necesita mayor energía para realizar el mismo trabajo, y entonces se aumenta la presión de la herramienta sobre la pieza y en consecuencia la temperatura en la zona de corte. En cualquier operación mecánica, para arrancar viruta de un metal por medio de una herramienta de determinada dureza, el 98% de la energía consumida se convierte en calor.

HERRAMIENTA

VIRUTA

VIRUTA


Módulo Diez Debido al calor generado, la viruta arrancada por la herramienta se suelda a ella muy cerca del filo cortante, acumulándose en esta zona las virutas metálicas y constituyendo lo que se denomina falso filo; que se está formando y desprendiendo constantemente durante la operación de mecanizado, siendo precisamente una de las funciones del fluido de corte la de controlar el crecimiento excesivo del falso filo. Como la temperatura que se produce en el mecanizado es alta, se van arrancando algunas partículas de la herramienta produciendo un pequeñísimo cráter exactamente detrás del filo cortante. Este cráter que al principio es muy pequeño, a medida que avanza la operación va creciendo hasta alcanzar el filo que se debilita hasta no poder soportar la presión de trabajo y se fractura. En todo mecanizado, sin importar la dureza de la pieza metálica, al arrancar la viruta se produce una deformación plástica o reblandecimiento. Este efecto mecánico del material tiene lugar en aquella zona de la pieza, anterior a la herramienta de corte que la mecaniza, convirtiéndose también en calor la energía necesaria para conseguir la deformación plástica, con lo cual el problema térmico de la operación se intensifica aún más. Para cada herramienta de corte y un material determinado existe siempre una relación inversamente proporcional entre los calores generados en las operaciones de corte y

Mecanizado de Metales remoción de la cantidad de viruta, y el ángulo de corte de la herramienta. Esta relación está dada por: Cp=1/a Donde Cp es el calor producido y a es el ángulo de corte de la herramienta. El ángulo está relacionado con el coeficiente de rozamiento entre la viruta y la herramienta de forma que a mayor ángulo menor rozamiento y cantidad de calor producido.


Módulo Diez

Mecanizado de Metales CLASIFICACION DE LOS METALES SEGUN SU MAQUINABILIDAD Los metales se dividen en dos grandes grupos: Ferrosos y no ferrosos.


Módulo Diez en mecanizados de mediana severidad se puede emplear un fluido de corte sin aditivos de extrema presión. Para los aceros de alta aleación, cuya maquinabilidad es más elevada, se requiere fluidos de corte con aditivos de extrema presión.

El grupo de metales de naturaleza ferrosa está constituido por aquellos materiales de base hierro; o mejor sus aleaciones, pues el hierro puro tiene poca aplicación industrial.

El grupo de metales de naturaleza no ferrosa se subdivide en:

Entre estos materiales los más importantes son:

- Níquel o sus aleacioneS

- Cobalto

- Cobre o sus aleaciones

- Hierro fundido (con considerable cantidad de carbono en su composición química).

- Latón (Cu-Zn)

- El acero al carbono y el de baja aleación.

- Bronces (Cu-Sn)

- Aceros de alta aleació£(e inoxidables, martencíticos y ferríticos.

- Bronces al silicio - Aluminio

- Aceros inoxidables austeníticos.

- Magnesio

- Aceros al carbono, aceros aleados y aceros rápidos.

El Cobalto es un material difícil de mecanizar y deben usarse fluidos de corte con aditivos de extrema presión; al igual que para el Níquel y sus aleaciones.

Si se trabaja con hierro fundido debe hacerse una lubricación en seco o utilizar emulsiones, con el inconveniente que se produzcan lodos, lo que obliga a filtrar el fluido de corte con frecuencia. Para los aceros al carbono y de baja aleación

Para materiales de latón de alta maquinabilidad, al igual que para los bronces fosforados se requieren aceites de corte emulsionables.

Mecanizado de Metales Para los bronces que no son fáciles de mecanizar, pues sufren los efectos de la deformación plástica, se deben emplear aceites de corte emulsionables con aditivos E.P. de baja o media actividad. En el caso de materiales de Cobre y aleaciones de Níquel-Plata, se usan aceites ligeros de media presión. El Aluminio que posee un coeficiente de dilatación térmica muy elevado requiere alta capacidad refrigerante del fluido de corte. La maquinabilidad del Aluminio es más fácil cuando está aleado con Cobre y difícil cuando está aleado al Silicio.


Módulo Diez

Mecanizado de Metales Sección Dos FLUIDOS PARA EL MECANIZADO DE METALES FUNCIONES QUE DEBEN CUMPLIR Lubricar Una buena lubricación reduce la fricción de las superficies en contacto lo que significa un ahorro en el consumo de energía y una menor generación de calor. Por otro lado, se elimina el peligro de fusión de las virutas evitando la soldadura de las mismas a la herramienta y a la pieza en elaboración. Refrigerar El enfriamiento de las superficies en contacto conserva el templado de la herramienta prolongando su vida y haciendo más duradero su filo. Se reduce la dilatación volumétrica de las masas lo que permite trabajar con tolerancias más estrictas y mayores velocidades de giro y avance. Limpiar Removiendo las virutas de metal, limaduras, etc., de la zona de ataque se consigue un mejor acabado de las superficies.


Módulo Diez Aumentar la producción Dado que se reducen los períodos improductivos y además permiten mayores velocidades de giro y avance se disminuyen los tiempos de proceso.

Mecanizado de Metales ACEITES EMULSIONABLES Las emulsiones que trataremos en este módulo son aceite en agua. Estas emulsiones consisten esencialmente de un pequeño porcentaje de aceite emulsificable concentrado (menor al 5% ) disuelto en un volumen dado de agua. El aceite emulsificable usualmente está compuesto de una base mineral, aditivo emulsificador y otros elementos que le aportarán características de inhibición de herrumbre y corrosión, resistencia a la formación de espuma, y en algunos casos especiales, comportamiento de extrema presión. Biocidas son también adicionados para prevenir y controlar el crecimiento de hongos y bacterias que degradan la emulsión y son causantes de enfermedades de la piel. El hecho que estas emulsiones estén principalmente constituidas por agua, ofrece la ventaja de un alto poder refrigerante. Al mismo tiempo, la presencia de aceite mineral, aditivos emulsificadores e inhibidores de corrosión compensan las desventajas básicas del agua como son su corrosividad y un pobre poder de humedecimiento de los metales. Además, el aceite mineral aporta una cierta cantidad de lubricidad. Así como otros tipos de fluidos de corte, las emulsiones también arrastran las virutas del área de corte y previenen daños a la herramienta.


Módulo Diez Las emulsiones aceite en agua son particularmente útiles para operaciones de mecanizado de metales donde el principal requerimiento es una alta capacidad refrigerante para remover el calor producido por la operación de corte y por la fricción, y donde la lubricación de la herramienta no es crítica. Las principales aplicaciones de las emulsiones son, por lo tanto, en aquellas operaciones donde las velocidades de corte son medianamente altas y las operaciones de corte no son severas, como por ejemplo en torneados, fresados, taladrados, corte en frío (sierras), y rectificados. En aplicaciones donde las velocidades son menores, las operaciones de mecanizado más severas y los materiales más duros, la lubricidad del fluido es más importante que su capacidad refrigerante. Por ejemplo, donde la lubricación entre la viruta y la herramienta, y entre la herramienta y la pieza de trabajo es requerida para reducir el calor generado por la fricción y prevenir la soldadura. Estas condiciones existen en el tallado de engranajes, brochado, taladrados profundos, entre otros. Para estas aplicaciones los aceites de corte puros son preferidos.

Mecanizado de Metales PROPIEDADES Para responder satisfactoriamente a las exigencias de sus aplicaciones, un aceite emulsionable debe poseer esencialmente las siguientes características: Emulsificadores. Los aditivos más importantes para aceites emulsionables, tanto en función como en cantidad, son los emulsificadores. Estos no solamente facilitan la dispersión del aceite en agua, sino que mantienen estable la emulsión.


Módulo Diez como aceite libre. Los emulsificadores se dividen en dos tipos: Iónicos y no iónicos. Los emulsificadores iónicos se disocian en iones positivos y negativos cuando se disuelven en agua y son descritos como aniónicos y catiónicos dependiendo de sí su actividad a nivel superficial es desde el anión o desde el catión, respectivamente. De otro lado, los emulsificadores no iónicos, como su nombre lo indica no se disocian (o ionizan) cuando se disuelven en agua, pero son distribuidos coloidalmente.

Molécula de Emulsibilidad AGUA

AGUA

Parte de la molécula soluble en agua Parte de la molécula soluble en aceite

Los emulsificadores son moléculas bipolares las cuales reducen la tensión superficial y forman películas monomoleculares relativamente estables en la interface aceite/agua. Estas películas previenen que las gotas de aceite finamente dispersas en la emulsión se separen

ACEITE

ACEITE

No ionicas

Ionicas

La reacción de productos como, por ejemplo, alquil fenoles y óxidos de etileno son probablemente el grupo más común de emulsificadores no iónicos y, recientemente, su uso en aceites emulsionables se ha incrementado debido a su habilidad para estabilizar la emulsión. Inhibición de herrumbre y corrosión La habilidad para proveer buena protección contra la corrosión es una de las propiedades más

Mecanizado de Metales importantes de un aceite emulsionable, la cual se mejora con el contenido de aceite pero garantizando un adecuado rendimiento anticorrosión en su aplicación. Hay dos métodos de prueba estandarizados para evaluar las propiedades anticorrosión de un aceite emulsionable: - El método DIN 51360, parte I, estandariza la prueba de corrosión Herbert. En esta prueba se utilizan virutas del fresado de un acero sobre láminas de hierro fundido o colado. - El método DIN 51360 parte II, usa virutas de hierro gris sobre papel filtrante. Capacidad antiespumante Como los agentes emulsificantes son surfactantes, las emulsiones pueden tener tendencia a formar espuma. Entre mayor sea la cantidad de emulsificador en el aceite, y la emulsión esté más finamente dispersa, mayor será la tendencia a formar espuma. Esta tendencia también se incrementa con la suavidad del agua usada. Generalmente una dureza mínima de 5 od (85 ppm CaCO3) es deseable para minimizar el riesgo de espuma. Una pequeña cantidad de espuma generalmente no causa ningún problema, pero grandes cantidades pueden en algunas circunstancias causar serias dificultades. En estos casos un aditivo antiespumante puede ser usado para dis-


Módulo Diez persar la espuma. Los antiespumantes más comunes son aquellos basados en siliconas pero deben ser utilizados con cuidado pues pueden afectar negativamente los subsecuentes tratamientos superficiales de los componentes procesados. Todos los antiespumantes son activos sólo por periodos relativamente limitados y por ello puede requerirse una nueva adición después de un tiempo de uso. Si el agua es muy suave, es mejor incrementar su dureza antes de preparar la emulsión. Esto se logra adicionando nitrato de calcio a una rata de 30 g por 1°d (17 ppm CaCO3) por 1 m 3 de agua. Es mejor disolver el nitrato de calcio en una pequeña parte del agua usada para la emulsión. La concentración resultante debería ser agregada y dispersa en el volumen de agua antes de mezclar el aceite. Solamente sales de suficiente dureza deberían ser adicionadas para prevenir problemas de espuma durante el maquinado. No hay métodos de laboratorio estandarizados para evaluar las propiedades antiespumantes de una emulsión. Extrema presión Así como en los aceites puros para corte, aditivos extrema presión a base de materiales sulfurizados o clorinados, pueden ser incluidos en la formulación de aceites emulsificables para darle mayor capacidad de soporte de carga y hacerlos útiles para operaciones más severas. Los aceites E.P. emulsionables son normalmente usados donde la habilidad lubricante es un

Mecanizado de Metales factor importante. Este es el caso de maquinados de materiales duros y con muy bajas velocidades de corte. En algunas operaciones, los aceites emulsionables con extrema presión pueden reemplazar a los aceites puros inactivos o con baja actividad. Para obtener los beneficios de mayor soporte de carga, los aceites emulsionables con aditivos E.P. deben ser usados en mayores concentraciones, por ejemplo un 10 a 15% de la solución. La vida prolongada de la herramienta y el acabado superficial obtenido con los aceites emulsionables E.P. compensan su mayor costo.


Módulo Diez

Mecanizado de Metales EFECTO DE LA CALIDAD DEL AGUA SOBRE LA EMULSIÓN Como se mencionó anteriormente, las emulsiones usadas en operaciones de mecanizado de metales son usualmente del tipo aceite en agua, es decir agua con un pequeño porcentaje de aceite concentrado disperso en ella. Así las peculiaridades del agua usada pueden tener un efecto significativo sobre la calidad de la emulsión y su rendimiento. Aguas no tratadas son inutilizables por la cantidad de contaminantes y microorganismos que contienen. El uso de agua potable es prácticamente indispensable. Aparte de su limpieza, el agua tiene otras propiedades las cuales pueden afectar la emulsión. Entre las más importantes están: Dureza Agua dura resulta de las sales de calcio y magnesio disueltas en ella. Estas sales pueden reaccionar con los emulsificadores y otros componentes de los aceites emulsionables para formar compuestos los cuales son insolubles en agua y se separan en forma de natas y depósitos pegajosos. Puesto que algunos de los emulsificadores pueden estar involucrados en estas reacciones, la estabilidad de la emulsión puede reducirse formando natas y separación de aceite. Esto es particularmente probable con los aceites emulsionables que contienen emulsificadores


Módulo Diez aniónicos. Los aceites emulsionables son diseñados para producir emulsiones estables en agua con un cierto grado de dureza, normalmente hasta 20od (cerca de 350 ppm CaCO3). En muchos casos puede resultar más barato usar agua blanda. Sin embargo, si todas las sales duras son removidas hay una mayor tendencia de la emulsión a formar espuma y es por lo tanto más adecuado usar aguas parcialmente blandas o mezclar aguas duras con aguas totalmente blandas para obtener una dureza aproximada de Ca de 5 - 10od (85 - 175 ppm CaCO 3). Aguas muy duras pueden ser ablandadas por la precipitación del calcio y el magnesio con químicos; por ejemplo, con fosfato trisódico o carbonato de sodio. Actualmente es mucho más común usar intercambiadores iónicos los cuales son simples de operar, monitorear y mantener. La estabilidad de los aceites emulsionables cuando son mezclados con agua dura es evaluada por el método DIN 51367. En este método la estabilidad es indicada por un porcentaje del 5% de emulsión que se separa después de 24 horas, en comparación con una emulsión fresca de la misma concentración. La emulsión es hecha con agua cuya dureza es de 20od (cerca de 350 ppm CaCO3).

Mecanizado de Metales Valor de pH El pH de un líquido muestra si este es ácido, neutro o alcalino. El pH del agua usada debería ser neutro, p.e. alrededor de 7, y el pH de la emulsión recién hecha debe estar entre 8 y 9,5 (alcalino). Si el pH es muy bajo la emulsión no ofrece adecuada protección contra la herrumbre en el maquinado de aceros y también su estabilidad puede ser menor. Si por el contrario la emulsión es muy alcalina tenderá a remover las grasas naturales de la piel y a destruir el recubrimiento acídico que sirve para protegerla, facilitando la penetración de bacterias causantes de enfermedades como la dermatitis. Por otra parte, la concentración de microorganismos en una emulsión depende del valor de pH y su rata de propagación es afectada por este valor. Contenido de sales El nivel normal de sales minerales en el agua, como cloritos y sulfatos, generalmente tienen un muy pequeño efecto sobre las propiedades de una emulsión, pero en operaciones de mecanizado donde el calor generado es excesivo, las pérdidas de agua por evaporación son altas y obligan a efectuar rellenos frecuentes. Bajo estas condiciones la concentración de sales en la emulsión se puede incrementar, disminuyendo su estabilidad y por causa de la separación tener una vida de servicio más


Módulo Diez corta. El incremento en el contenido de sales puede también reducir las propiedades preventivas de corrosión y donde esto ocurra se hace necesario usar agua desalinada para reemplazar aquella que se pierde por evaporación.

Mecanizado de Metales PREPARACION DE UNA EMULSION Para la preparación correcta de una emulsión deben tenerse en cuenta los siguientes pasos: 1. Poner el agua en un recipiente. 2. Agregar el aceite lentamente al agua en un volumen determinado para obtener la relación aceite / agua requerida. 3. Agitar (mezclar) lentamente hasta obtener una emulsión homogénea. Si el procedimiento es invertido, es decir el agua se agrega al aceite se obtiene una emulsión agua en aceite, pero resultará imposible convertirla en una emulsión homogénea aceite en agua aún con periodos prolongados de mezcla. Esto conlleva a inestabilidad de la emulsión con pérdida de propiedades lubricantes y mayor corrosividad sobre los metales.


Módulo Diez

Mecanizado de Metales Ya se ha dicho que el aceite en una emulsión provee una cierta cantidad de lubricidad y junto con otros componentes previene la corrosión, pero para que sea efectivo la emulsión debe contener mínimo 1% de aceite emulsificable concentrado. Para operaciones de esmerilado, un contenido de aceite del 1 a 2% es usado con el objeto de prevenir el pulido de la piedra de esmerilar. Sin embargo, para usos generales en talleres la emulsión contiene en promedio entre un 2 y 5% de aceite. Donde se requiere un nivel alto de protección contra la herrumbre y lubricidad extra, las emulsiones pueden contener hasta un 10% o más de aceite. En conclusión, las propiedades lubricantes de una emulsión pueden incrementarse mediante la adición de aceite cuando se están mecanizando materiales más resistentes al corte. La gráfica siguiente ilustra el rendimiento de la herramienta de corte para el mecanizado de diversos materiales y con diferentes relaciones aceite/agua en la emulsión. De la gráfica se deduce que con un acero Ck 45 la vida óptima de la herramienta se obtiene con un 5% de aceite en la emulsión, y para mecanizar un acero X10 Cr Ni Mo Ti 1810 hay menor desgaste de la herramienta usando una emulsión con un 25% de aceite. Así mismo el

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2000

VIDA DE LA HERRAMIENTA

CONTENIDO DE ACEITE EN UNA EMULSIÓN


Ck 45Steel 1500

1000 42 Cr Mo 4 Steel 500

x 10 Cr Ni Mo Ti 18 10 Steel

5

10

15

20

25

30%

Contenido de Aceite de la Emulsión

Ck 45 es relativamente más fácil de procesar y la vida de la herramienta disminuye a medida que aumenta el contenido de aceite en la emulsión. Esto confirma el efecto combinado del enfriamiento y la lubricación sobre el desgaste de la herramienta de corte. De acuerdo con la dureza del material y la severidad del mecanizado es necesario establecer cuál de los dos factores, lubricación o enfriamiento, es más importante para la vida de la herramienta. La influencia del contenido de aceite sobre la vida de la herramienta es particularmente marcada a bajas velocidades de corte. A mayores velocidades este efecto cae apreciablemente y el impacto de la refrigeración es significativamente más importante.



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500

VIDA DE LA HERRAMIENTA

v=45 m/min 400

300 v=72 m/min 200

v=90 m/min

100

2

10

20

30%

Contenido de Aceite de la Emulsión

Cuando se emplean aceites emulsionables que contienen biocidas,es esencial que la emulsión tenga una mínima concentración recomendada de aceite para asegurar que el biocida resulte efectivo en el control de bacterias y hongos; pero al mismo tiempo esta concentración no debe ser excesiva de tal modo que se prevenga cualquier riesgo de irritación de la piel causada por el mismo biocida.

Mecanizado de Metales Monitoreo y mantenimiento de una emulsión en servicio Concentración Durante las operaciones de mecanizado de metales parte de la emulsión se pierde y a su vez la concentración aceite/agua cambia. En el maquinado, el contenido de aceite de la emulsión en servicio generalmente decrece debido a que el aceite tiene una gran afinidad con los metales y proporcionalmente más aceite que agua es retirado con los residuos o virutas del mecanizado. Donde las temperaturas de mecanizado son muy altas, habrá rápida evaporación de agua y el contenido de aceite se incrementará. Por lo anterior, es absolutamente necesario que las emulsiones sean regularmente monitoreadas para verificar el contenido de aceite. Estos chequeos son particularmente importantes en emulsiones cuyo contenido inicial de aceite está por debajo del 1 ó 2%, debido a que cualquier pérdida desproporcionada de aceite hará que la concentración alcance niveles en los que la protección anticorrosiva es inapropiada. Un balón aforado o tubo calibrado puede ser utilizado para chequear el contenido de aceite de una emulsión. El equipo usualmente consiste en un tubo provisto de una escala graduada y un tapón de vidrio, el cual es llenado con 100 cm3 de emulsión y posteriormente se agrega ácido clorhídrico concentrado. La emulsión se separa entonces y después de un corto lapso de tiempo el contenido de aceite puede ser leído sobre la escala.


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Mecanizado de Metales En forma alternativa, el contenido de aceite de una emulsión puede ser medido más rápidamente con un refractómetro el cual, de hecho, mide el índice refractivo. No obstante, el índice refractivo está relacionado con el contenido de aceite y así las variaciones en concentración pueden ser determinadas con los cambios en el índice refractivo.


Módulo Diez Donde se utilice el refractómetro para monitorear constantemente una emulsión, es aconsejable hacer chequeos ocasionales con un balón aforado, por ejemplo usando ácido. El tanque debe mantenerse lleno con emulsión hasta el nivel recomendado. Esto requiere completar nivel regularmente, lo cual se hace agregando aceite emulsionable fresco o emulsión. Una vez medida la concentración, esta se debe corregir agregando una emulsión correctora de concentración conocida. La cantidad a agregar se puede conocer mediante la regla de la Cruz de San Andrés.

CE

PCE CR

Este método resulta más preciso y seguro en la medida en que la emulsión esté más finamente dispersa. De hecho, resultados absolutamente seguros solamente pueden ser obtenidos para soluciones; pero de cualquier modo es un método suficientemente preciso para el monitoreo de emulsiones en servicio dado que los instrumentos se calibran para cada aceite emulsionable o solución usada. La presencia de espuma debe ser removida y la emulsión filtrada para eliminar los contaminantes.

CC

PCC

CR: Concentración recomendada. CE: Concentración que hay en el depósito. CC: Concentración correctora.

Mecanizado de Metales PCE: Volumen de emulsión. PCC: Volumen emulsión correctora a agregar por cada volumen de emulsión existente. Entonces: PCE= CC-CR PCC= CE-CR En general, es preferible completar nivel con emulsión fresca. Si por el contrario, el contenido de aceite en la emulsión se ha incrementado es necesario usar un debilitador de emulsión, cuyo volumen también está limitado por la concentración requerida en el sistema.


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Mecanizado de Metales PH DURANTE EL SERVICIO Como ya se ha mencionado, el pH de una emulsión es el principal factor que afecta su rendimiento en operación. El pH de una emulsión nueva oscila generalmente entre 8 y 9.5, pero puede reducirse durante el servicio debido a contaminación con material ácido remanente de las operaciones previas de mecanizado o como consecuencia de la degradación bacterial del aceite emulsionable. Para que las propiedades anticorrosivas y la estabilidad de la emulsión se mantengan es vital asegurar que el pH esté siempre en el rango previamente definido. Por tal razón, el pH de la emulsión debería monitorearse a través de toda su vida en servicio.


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Mecanizado de Metales CONTAMINACION CON FUGAS DE ACEITE (TRAMP OIL) Los lubricantes de la máquina herramienta tales como el aplicado en las guías y el aceite hidráulico, p.e., el procedente de los cilindros de filtrado casi inevitablemente van a parar al sistema de fluido de corte. Donde éste contiene aceite puro, la adición de tales lubricantes no afecta dramáticamente la eficacia del aceite de corte o su vida, ya que se compensan estas fugas con los rellenos y cambios de aceite nuevo. Por el contrario, si la máquina utiliza emulsiones aceite en agua como fluido de corte, la eficacia y su vida útil puede ser seriamente afectada. Una pequeña cantidad de lubricante puede ser emulsificado, pero la mayor parte de éste, llamado "Tramp Oil", permanece en forma de gotas que eventualmente forman una capa flotante en la superficie del fluido en el tanque de almacenamiento. Grandes gotas de aceite pueden conducir a gradientes de enfriamento erróneos y desiguales; también pueden causar embotamiento de las muelas de rectificar, y de aquí un acabado superficial inaceptable. La estabilidad de la emulsión puede también ser afectada de forma adversa por el influjo de aceite lubricante, y la capa de aceite que cubre la superficie del fluido en el tanque, es un campo de cultivo para las bacterias anaeróbicas.


Módulo Diez Un rápido signo de esta condición es el olor desagradable a sulfídrico que se origina cuando se pone en marcha el sistema después de una parada.

Mecanizado de Metales CONTAMINACION CON POLVO METÁLICO La operación de mecanizado esta siempre acompañada por la transformación del metal desechado en virutas u otras partículas de variadas formas y tamaños. En el rectificado también se desalojan partículas de arena y de agente aglomerante de las muelas de rectificar. Si no se toma acción para eliminar estas partículas de metal y otros sólidos del fluido de corte su eficacia se reducirá. Donde la velocidad de flujo de las gotas del refrigerante es objeto de fuerzas centrífugas, algunas de las partículas se separarán y si esto sucede en las tuberías, p.e., en curvas pronunciadas, el flujo del refrigerante eventualmente empeorará, lo cual conduce a menos enfriamiento de la herramienta y a menor efectividad de desplazamiento de las virutas. Esto da lugar a temperaturas más elevadas, un mayor desgaste de la herramienta y deficientes acabados superficiales. Hay varias formas de conseguir este grado de limpieza, combinando medios para separar el polvo metálico como los ciclones, filtros de malla de alambre, de metal sinterizado o de papel, filtros de fibras y centrífugas. La combinación requerida depende del tipo de operación y del tipo de fluido de corte. Así, un torneado de acabado fino o un rectificado requieren un fluido más limpio que una operación de tallado o fresado.


Módulo Diez Emulsión Limpia

Emulsión Sucia

Vertedero

Bafle

Sección de Sedimento

Sección de Emulsión Limpia

Plato

Lodo

Tanque de separación de contaminantes por gravedad

Filtración de una emulsión El método simple de limpieza o separación de sólidos contaminantes por gravedad mediante una trampa de sedimentos, ilustrado anteriormente, es raramente empleado debido a su pobre eficiencia y a que la remoción de los lodos del fondo del tanque es difícil y costosa. La instalación de bandas o correas raspadoras permite un retiro continuo de lodos y partículas lo que disminuye el tiempo de contacto de la emulsión con los contaminantes, pero la eficiencia en la limpieza es todavía pobre. Emulsión Sucia Motor Emulsión Limpia Vertederos

Contenedor de Lodo

Correa Raspadora

Sección de Emulsión Limlia

Tanque equipado con bandas raspadoras para remover lodo



Módulo Diez

La separación por gravedad puede ser mejorada y acelerada si la emulsión se somete a fuerza centrífuga. Este principio es usado en los separadores tipo ciclón, centrífugas y separadores centrífugos.

Emulsión Sucia Trampa de Aceite - Fase Liviana Emulsión Limpia - Fase Liviana

Platos Separados

Emulsión Sucia Material Sólido

Emulsión Limpia

Emulsión Limpia

Separador Centrífugo

Separador Centrífugo

Trampas de “Mugre”

Material Sólido

Clarificador Centrífugo

Clarificador centrífugo

En el caso de los separadores tipo ciclón, la emulsión contaminada es alimentada tangencialmente por la parte superior de un recipiente cónico invertido. La alta aceleración centrífuga debida a la trayectoria circular que sigue la emulsión causa que las partículas sólidas se separen de ella hacia los lados del cono y luego desciendan hasta el fondo del ciclón como lodo espeso. La emulsión limpia retorna al centro del cono y sale por la parte superior del separador. Los hidrociclones son frecuentemente usados en los sistemas de máquinas para operaciones de esmerilado trabajando con



Módulo Diez

aceros. Estos son menos útiles en el maquinado de hierro fundido porque las partículas de grafito del metal son relativamente livianas y difíciles de separar; en consecuencia, el grafito tiende a acumularse en la emulsión.

Emulsión Limpia

Emulsión Sucia

Emulsión Limpia Pantalla

Emulsión Sucia Barras Magnéticas

Filtro magnético Material Sólido Lanzado Hacia la Periferia del Cono por la Acción de la Fuerza Centrífuja

La Emulsión Limpia Sube por el Centro del Cono El Material Sólido Cae al Fondo del Cono para su Remoción Hidrociclone Hidrociclone

Los filtros magnéticos han sido efectivos para la remoción de las virutas durante el mecanizado de metales ferrosos. Sin embargo, son menos efectivos cuando las partículas de metal se adhieren a ellos formando capas gruesas que obligan a una limpieza regular para mantener su eficiencia.

Los filtros de cilindro y banda magnética son automáticos porque las partículas de metal son continuamente removidas cuando el rodillo o cilindro gira. Experimentos han demostrado que los separadores magnéticos son también capaces de remover del sistema algunas de las impurezas no metálicas, por ejemplo arenilla y residuos de la piedra de esmerilar, atrapándolas junto con las partículas ferrosas. Los filtros magnéticos son ampliamente usados para el tratamiento de aceites de corte. Otro tipo exitoso de filtro es el de banda o correa, en el que papel, membranas o telas tupidas pueden ser usadas como medio filtrante. El flujo de líquido a través de la banda puede ser por gravedad, pero otros tales como los filtros de vacío usan succión para incrementar el flujo. Con emulsiones, los filtros de alimentación por gravedad tienen una capacidad aproximada de



Módulo Diez

Rodillo Triturador Emulsión Sucia

Tambor Magnético Desprendedor

Partículas de Metal Ferrosas y Lodos Emulsión Limpia

120 l/min por cada m 2 de área filtrante. Los filtros de banda con vacío, usando el mismo medio filtrante, pueden manejar cerca de cuatro veces el caudal anterior. Los filtros de banda son automáticos y pueden ser usados para prácticamente todos los fluidos y con un amplio rango de relaciones de filtración. El hecho que diferentes medios filtrantes pueden emplearse significa que los filtros son adaptables a requerimientos específicos.

Filtro de cilindro o tambor Magnética Emulsión Limpia Emulsión Sucia Flotador de Accionamiento por Correa Conductora Lodos Depositados en el Filtro

Emulsión Sucia

Distribuidor Emulsión Sucia

Banda de Soporte del Filtro

Banda Magnética

Emulsión Filtrada Contenedor de Lodo

Rodillo de Papel Filtrante

Filtro de cilindro o tambor Magnética

Partículas de Metal Ferrosas y Lodos

Filtro de banda o correa magnética

Mecanizado de Metales CONTAMINACIÓN POR BACTERIAS Y HONGOS Es importante reconocer que los microorganismos encontrados en los sistemas de aceites de corte normalmente provienen de otras fuentes que del aceite en sí mismo. Se ha demostrado que los hongos y las bacterias procedentes de suciedad, agua y materias orgánicas son contaminantes comunes de los fluidos de corte. También son producidos por malos hábitos de higiene de los operarios de las máquinas herramientas, ya que en ocasiones se ha encontrado que utilizan los tanques de almacenamiento como depósito de residuos de comida, colillas de cigarrillo y excrementos. En ausencia de agua, los fluidos de corte no son susceptibles de crecimiento de bacterias. Así, aceites que son usados puros probablemente no tendrán estos problemas a menos que sean contaminados con agua. De igual forma tampoco existirán problemas con los aceites emulsionables durante su almacenamiento antes de proceder a su dilución. No obstante, una vez que están en forma de emulsiones pueden empezar a ser vulnerables al ataque. Tipos de microorganismos El crecimiento de bacterias en los sistemas de aceite de corte, se dividen en dos grupos principales: Aeróbicas y anaeróbicas.


Módulo Diez Las bacterias aeróbicas se encuentran en sistemas que están bien aireados y normalmente su temperatura es de 30oC aprox. Sin embargo, pueden existir un tipo de bacterias aeróbicas a temperaturas más altas variando de 55 a 60oC. Ambos tipos degradan el aceite de corte a pHs. de 4,5 a 6,5. Las bacterias anaeróbicas se multiplican en condiciones donde no hay aire, particularmente cuando la emulsión tiene en su superficie una capa de aceite que impide la entrada de aire. Entonces actúan como sulfato reductores, conduciendo a la formación de sulfídrico. Moho (hongos) y fermentos se encuentran también en los sistemas de aceite de corte, generalmente, cuando la dureza del agua es muy baja. Factores influyentes en el crecimiento de microorganismos El medio ambiente de trabajo de los fluidos para mecanizado de metales puede afectar considerablemente el tipo de crecimiento de las bacterias. Los principales factores son: - El rango ideal de pH para el crecimiento de microorganismos está entre 6 y 9. Las bacterias prefieren el límite superior del rango (9), mientras que los hongos el valor bajo (6). - La concentración de la solución también

Mecanizado de Metales afecta considerablemente el crecimiento de bacterias. En general, en las soluciones más débiles se multiplicarán más rápidamente las bacterias y hongos. Sin embargo, proporciones de 20-50:1 son las óptimas para el crecimiento de bacterias y en proporciones superiores a 50:1 la concentración de materias oxidables (alimento potencial por las bacterias) es el principal factor con respecto al crecimiento. - Hay una gran relación entre la dureza del agua y el deterioro de los fluidos de corte. La dureza afecta el mecanismo de la descomposición y hay evidencias que demuestran que el uso de agua dura como diluyente puede causar un incremento en el crecimiento de bacterias. Contrariamente, los hongos pueden ser detenidos por el incremento de la dureza del agua. - Los efectos de la orina en el crecimiento de bacterias en diferentes refrigerantes han sido cuidadosamente estudiados. En cualquier caso este tipo de contaminación conduce a un incremento en la degradación del aceite, cuyos efectos son particularmente perceptibles en los ensayos de corrosión. Comidas y otros materiales similares tienen un efecto semejante.


Módulo Diez Significancia de la Descomposición del Aceite en la Práctica Pérdida de la estabilidad de la emulsión

Las emulsiones consisten esencialmente en millones de pequeñas gotas de aceite emulsificadas en la fase agua. El tamaño de las partículas de estas gotas es suficientemente pequeño para poder moverse en el área de lubricación, entre la viruta y la herramienta, y actuar como reductoras de fricción. Uno de los efectos del desarrollo bacterial es la descomposición de los agentes emulsificantes. Esto conduce a la aglomeración de partículas de aceite formando gotas más grandes. La efectividad de éstas últimas partículas como reductoras de fricción es muy inferior debido a su menor movilidad y por consiguiente, en la zona de lubricación comienza a escasear el aceite, incrementándose la fricción y la temperatura, con el consecuente deterioro de la herramienta y del acabado superficial de la pieza. Pérdida de las propiedades lubricantes

La mayoría de los fluidos de corte contienen componentes que les imparten propiedades lubricantes, como p.e., aceites minerales, ésteres de ácidos grasos, aceites animales y vegetales. También se usan humectantes para aumentar la propiedad del agua para mojar las herramientas y piezas mecanizadas. Estos componentes lubricantes son directamente atacados por las bacterias y su efectividad disminuye rápidamente lo que conduce a

Mecanizado de Metales un aumento en la fricción y reducción en su dispersión. Filtración y bloqueo del sistema

La viscosidad de los aceites de corte se puede incrementar grandemente como resultado de la actividad bacteriológica, conduciendo a la destrucción de filtros, clarificadoras y bombas. En el caso de sistemas de fluido de rectificado, los filtros de papel se pueden estropear de tal forma que no eliminan el polvo lo que produce un acabado superficial deficiente, embotado de las muelas de rectificar y "quemado" de la pieza rectificada. Manchas y corrosión

El material corrosivo producido por la degradación del aceite puede corroer las piezas mecanizadas. El grado de extensión de la corrosión depende del desarrollo bacteriológico, la composición del aceite y el tipo de metal a mecanizar. Entre los efectos más importantes de la corrosión están los siguientes: - Corrosión de metales amarillos por sulfuros. - Corrosión de aluminio por complejos de amonio. - Corrosión del cobre y bronces por ataque de amoníaco formado por la descomposición de los compuestos anticorrosivos tipo amina.


Módulo Diez - Corrosión de metales amarillos y ferrosos debido a la rápida descomposición del nitrito sódico y/o aminas. Efectos en los sistemas de circulación

Los sistemas de circulación y tanques son muy vulnerables a la corrosión procedente de los productos descompuestos. Esto puede causar fugas de fluido y potencial ataque a superficies metálicas y estructuras de cemento y hormigón, a menos que estén apropiadamente tratadas. El hormigón es vulnerable a tales ataques después que su pH se reduzca a 8,5 aprox. por la reacción del óxido de calcio libre del cemento con dióxido de carbono de la atmósfera. Olor

El olor a sulfídrico en un sistema de aceite de corte puede atribuirse siempre a la descomposición del aceite. Sin embargo, hay olores que pueden ser causados por los componentes del aceite. Irritación de la piel

La irritación de la piel puede sobrevenir por una combinación de la acción desengrasante de los aceites de corte y una abrasión física con el polvo metálico de los sistemas. Se debe puntualizar que la irritación de la piel por si misma no es indicación de infección bacteriana. Pieles sensibles pueden tener problemas con fluidos en perfectas condiciones, y

Mecanizado de Metales bactericidas de tipo no adecuado o usados a altas concentraciones, pueden agravar esta situación. Reducción de la vida del aceite

Aparte de los inconvenientes operacionales que se deducen de la descomposición de los fluidos de corte, los costos adicionales en que se incurren son también importantes. El uso de bactericidas puede prolongar la vida útil de un fluido con tal que estén presentes en concentraciones que puedan controlar el crecimiento bacteriológico. Sin embargo, si la infección prevalece, la vida del fluido se reduce drásticamente. Identificación de microorganismos Muestreo de la emulsión

Es necesario monitorear la contaminación con bacterias de modo que se prevenga su proliferación. La muestra de emulsión debe ser representativa del sistema. Las siguientes notas dan una orientación sobre la toma de muestras: Si hay algún problema, se deben tomar muestras semanales o más frecuentemente; siempre estando el fluido en circulación. Si el sistema no está en funcionamiento, se deben encender las bombas y mantener el fluido circulando durante diez minutos como mínimo, antes de tomar la muestra.


Módulo Diez Esto debido a que las bacterias pueden alojarse en el barro del fondo o emigrar a la crema de la capa superficial y por lo tanto la muestra no contendrá una representación real de la población bacteriana. Donde sea posible la muestra se toma del punto de mecanización, de una línea de retorno, o desde el sitio donde el fluido de retorno fluye al depósito. Las muestras se deben tomar en botellas estériles de vidrio o de plástico. Para tomar la muestra, se abre la botella e inmediatamente se coloca bajo el fluido hasta que se llene totalmente cerrándola a continuación. Las muestras se deben examinar lo más rápidamente posible ya que las bacterias son afectadas por condiciones ambientales como temperatura, luz, materias orgánicas y partículas metálicas. Algunas bacterias son más fuertes y sobreviven en condiciones en que otras mueren en un plazo de uno a tres días. Métodos para la determinación de la población bacteriana

Hay varios procedimientos adecuados para determinar "in situ" la población bacteriana. Sin embargo, la correlación entre los ensayos de laboratorio y los realizados "in situ" no es muy clara en muchos casos. Uno de los métodos más usados es el conocido como "inmersión de platina".

Mecanizado de Metales El ensayo utiliza una platina o placa esterilizada, que contiene dos o tres partes nutrientes, la cual se sumerge en el fluido a ensayar, preferiblemente donde éste fluye para refrigerar la pieza mecanizada. Posteriormente, la platina se seca y se coloca en un recipiente incubador que controla la temperatura al nivel adecuado. En la mayoría de los casos una temperatura de 37oC durante toda la noche es suficiente para producir un cultivo satisfactorio. La densidad de las colonias cultivadas en el medio se compara con los patrones estándares.

Levaduras

Hongos

Bacterias


Módulo Diez Niveles de rechazo

El nivel de la población de bacterias que justifica el rechazo del fluido o la necesidad de tratamiento es casi subjetivo. No obstante, a término general se recomienda lo siguiente: - 105 bacterias/ml es un nivel al cual se debe hacer un tratamiento del fluido. - 107 bacterias/ml o más es un nivel al cual el fluido debería ser reemplazado. La necesidad de establecer niveles precisos en cada sistema depende de la velocidad de crecimiento de las bacterias y de la práctica operacional.

Mecanizado de Metales METODOS PARA COMBATIR LOS MICROORGANISMOS Los siguientes factores tienen un efecto significativo en la reducción del riesgo de contaminación bacteriana. Diseño del sistema de circulación Las emulsiones están en continua circulación durante el servicio y el sistema debe ser diseñado de modo que su contenido pueda ser chequeado fácil y correctamente. La parte más importante del sistema de circulación es el tanque. Los tanques de almacenamiento de emulsiones para corte de metales construidos dentro de la base o pedestal de las máquinasherramientas, en general no conducen a buen mantenimiento de las emulsiones. Esto se debe al limitado acceso al interior del tanque para su limpieza y también por el espacio “muerto” y las cavidades formadas, por ejemplo, por las bandas o varillas de refuerzo, que hacen imposible remover toda la emulsión vieja cuando se drena el sistema, antes de introducir una nueva carga. Los depósitos permanecen y las bacterias proliferan en estos espacios inaccesibles para contaminar la nueva carga y reducir su vida. Las máquinas que tienen sistemas de circulación individuales deberían ser abastecidas de emulsión desde un tanque separado el cual fuese fácilmente accesible y simple su limpieza.


Módulo Diez Los sistemas de circulación grandes, que sirven para abastecer de emulsión a un número de máquinas, preferiblemente de un tipo similar ejecutando operaciones similares, proveen condiciones favorables para prolongar la vida de la emulsión. Los tanques son generalmente divididos en compartimentos, los cuales minimizan la turbulencia ocasionada por el flujo de emulsión y permiten que los contaminantes sólidos, incluso los de menor tamaño, sean atrapados por el filtro. Los depósitos remanentes pueden ser removidos cuando la emulsión es cambiada. Si no hay filtros en la línea de retorno antes del tanque, debe incorporarse en éste una trampa de sedimentos para remover las virutas y otros residuos sólidos. Esta trampa de sedimentos debe ser limpiada manualmente cuando se cambia la emulsión. No obstante, este no es un método muy satisfactorio debido a que el residuo retenido en el tanque ocupa espacio que debería ser ocupado por la emulsión. También se puede reducir la vida de la emulsión al mantenerse en contacto con los contaminantes. Las trampas de sedimentos deben tener preferiblemente una correa o banda raspadora de modo que los residuos separados sean removidos continuamente. El uso de una banda raspadora elimina la necesidad de costosos y arduos trabajos de limpieza manual, y también contribuye a incrementar tanto la vida de la emulsión como su rendimiento en operación.

Mecanizado de Metales El tanque usado en un sistema de circulación debe ser suficientemente grande para almacenar una cantidad igual a 10 veces la máxima capacidad de la bomba de circulación. Esto significa que si la emulsión circula cerca de seis veces en una hora, el tanque contiene 10 minutos de suministro. Esto debe ser tomado como un mínimo requerimiento y tanques de tamaños mayores deben usarse donde limpiadores de emulsión y largas vida de servicio son requeridos. Uso de biocidas Los biocidas varían en efectividad de acuerdo con su tipo y concentración. Algunos son demasiado específicos y en muchos casos se degradan rápidamente, sin resolver completamente el problema. Para que los biocidas sean realmente efectivos y aceptables deben cumplir los siguientes criterios: - Deben ser compatibles con el fluido en que se usan. De lo contrario, pueden darse interacciones entre los componentes del fluido y el biocida causando degradación del aceite. - El biocida debe tener un espectro de actividad amplio para que sean efectivos contra bacterias, hongos y levaduras. - El nivel necesario de dosificación del biocida debe ser tal que no resulte insuficiente ni


Módulo Diez tampoco excesivo. Si la concentración es muy baja, por ejemplo por debajo de la dosis letal, la efectividad del biocida se reduce drásticamente y los microorganismos pueden sobrevivir y desarrollar resistencia; si la concentración es muy alta, hay mayor riesgo de irritación en la piel de los operarios. - Algunas veces los bactericidas y fungicidas son mezclados para obtener los efectos globales requeridos. La práctica general es adicionar un paquete biocida a la emulsión con intervalos de tiempo establecidos para obtener protección continuada. - Como los microorganismos pueden desarrollar resistencias a las sustancias usadas para su control resulta necesario cambiar de biocida con cierta periodicidad. Tratamiento del sistema con ozono Otro método de esterilización es el basado en las bien conocidas propiedades antibacterianas del ozono, que puede resultar interesante en grandes sistemas centralizados. La técnica de ozonización comprende la inyección directa en el seno de la emulsión de aire conteniendo ozono generado "in situ". Limpieza del sistema Hay varios productos en el mercado desarrollados especialmente para la limpieza de sistemas de aceites de corte. La acción de la

Mecanizado de Metales mayoría de estos limpiadores es similar y los principios generales para su uso son: Aplicación El limpiador se añade al depósito en la proporción recomendada (aprox. 2%). Se deja en circulación durante seis u ocho horas y luego se vacía el sistema. Es preferible volver a limpiar el sistema con una solución nueva de agua limpia y caliente. Precauciones de manejo Los sistemas limpiadores son mezclas de compuestos químicos en solución, por lo cual deben ser tratados con precaución y nunca utilizados sin diluir. Es, por supuesto, muy importante verificar que cualquier limpiador usado en esta forma sea especialmente formulado de tal modo que no afecte el rendimiento de la emulsión o imponga alguna restricción sobre su subsecuente disposición. También, se recomienda usar guantes y gafas protectoras cuando las soluciones se usan para la limpieza de las superficies externas de la máquina. Prácticas generales de taller A continuación se reseñan los principales aspectos a tener en cuenta para que los sistemas de aceite de corte, tanto puros como emulsiones, permanezcan en buena condición.


Módulo Diez - Asegurar que las bombas, recipientes, mangueras y embudos usados para el vaciado o cargue de los depósitos de las máquinas herramientas son conservados en condiciones de limpieza y no se empleen para labores diferentes donde puedan contaminarse. - Si por alguna razón una máquina herramienta que emplea emulsiones va a ser parada por un período de tiempo superior a una semana, debe ser drenada hasta evacuar totalmente el fluido de corte. No dejar el fluido refrigerante estancado en la máquina por ningún motivo. - No hacer adición alguna de desinfectantes a los fluidos de corte, debido a que puede resultar más perjudicial. - No arrojar al fluido materias de desecho como comida, colillas de cigarrillo, papeles, tapas de botellas, etc., o escupir en los tanques de almacenamiento. - Donde hay sistemas centralizados de fluido de corte se debe evitar el ingreso de suciedad a través de las tapas cuando se realiza la limpieza de los sitios de trabajo. - No permitir que haya excesivas fugas de aceite mineral a los fluidos de corte. Esto puede reducir considerablemente la vida útil del fluido y a menudo son causa de malos olores.

Mecanizado de Metales - Almacenar los tambores de aceite emulsionable bajo techo para que no estén expuestos a los efectos de extremo calor o frío intenso.

- No almacenar los tambores en forma vertical con las tapas hacia arriba. La parte superior del tambor se puede llenar de agua y debido a que éste "respira" con los cambios de temperatura, el agua puede llegar a ser absorbida a través de los tapones.


Módulo Diez - Los tambores de uso continuo deben mantenerse en posición horizontal, sellados herméticamente y con las tapas formando una línea paralela al suelo.

Mecanizado de Metales CAMBIANDO LAS MAQUINAS HERRAMIENTAS DE ACEITES PUROS A EMULSIONES Cuando las máquinas herramientas son convertidas de utilizar aceites de corte puro a emulsiones es importante tener cuidado especial para prevenir que la emulsión contamine, ya sea por fugas o salpique, las guías de desplazamiento de los carros portaherramienta y de esta forma remueva el lubricante normal utilizado en estos puntos, conduciendo a incremento en el desgaste y corrosión. De igual forma, no se debe permitir que la emulsión ingrese a las cajas de engranajes o al sistema hidráulico. Los sellos, mangueras y molduras deben ser resistentes a las emulsiones, por lo que a menudo estos tienen que ser cambiados cuando las máquinas herramientas son convertidas. Aún siguiendo las recomendaciones mencionadas anteriormente, las máquinas herramientas que usan emulsiones deben ser inspeccionadas y reparadas más frecuentemente. En particular, el desgaste de las guías de los carros es generalmente más alto con emulsiones que con aceites de corte puros.


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Mecanizado de Metales DISPOSICION DE EMULSIONES USADAS Las emulsiones usadas no deben ser vertidas en los sistemas de desagüe, alcantarillas o ríos. Todas las sustancias que son de alguna manera biodegradables deben ser separadas. El método de separación usado depende de: - La composición del agua típicamente usada en los fluidos de corte. - Su condición. - Las condiciones particulares de operación, por ejemplo el nivel de contaminación y el tipo de contaminantes. - La legislación local. Inicialmente hay que dar un tiempo prudencial de reposo a la emulsión para permitir que cualquier aceite libre (trampa de aceite o aceite separado de la emulsión) llegue a la superficie donde puede ser removido. Los separadores mecánicos, por ejemplo los separadores multi-plato, han probado ser muy efectivos en la separación preliminar de aceite. Cualquier cantidad de aceite que pueda ser removida de esta forma, reduce la carga sobre los equipos especializados usados para la separación de la emulsión y así se reducen los costos.


Módulo Diez Proceso de disposición de emulsiones usadas El proceso normal de disposición de emulsiones puede dividirse así: Disposición a través de contratistas. Este es el método más barato para pequeñas fábricas y antes de instalar una planta de separación deberían efectuar un análisis comparativo de costos con respecto a lo que se indica a continuación. Separación de emulsiones. La mayoría de las emulsiones usadas en el maquinado de metales pueden ser separadas mediante la adición de ácidos, en forma similar al procedimiento usado para determinar el contenido de aceite en una emulsión. Lo más común, sin embargo, son las plantas donde las sales de los ácidos fuertes son el agente de separación. Los residuos de estas plantas son menos ácidos que los de aquellas que usan ácidos puros y por lo tanto su neutralización puede no ser necesaria. Los agentes de separación más comunes son: 1. Cloruros de magnesio. 2. Sulfato de hierro. 3. Sulfato de aluminio. 4. Sales comunes.

Mecanizado de Metales Después de la separación, la fase de aceite puede ser removida manteniendo la emulsión en tanques de asentamiento y recogiendo el aceite separado en la superficie, o empleando el método de centrifugación. La separación tiene la ventaja que el aceite y el agua son separados como líquidos pero como la fase agua usualmente contiene partículas de aceite dispersas por encima de los límites aceptables para su disposición, un tratamiento adicional es requerido para su eliminación. Además, la fase agua también contiene materiales solubles en ella provenientes del aceite emulsionable y de los agentes de separación, los cuales pueden requerir neutralización. El tratamiento adicional de la fase agua usualmente incluye la formación de un FLOC de hidróxido metálico (generalmente de sulfato de hierro o aluminio). El aceite es absorbido por el FLOC y luego es sumergido en el fondo del tanque, como un lodo, o elevado hacia la superficie por los gases producidos por la electrólisis de la fase agua. El lodo resultante o la espuma (natas) son removidos y sometidos a un proceso de secado, para luego ser quemados o descargados como basura industrial. El contenido de aceite en el agua después de la floculación generalmente satisface los requerimientos de la legislación ambiental. El siguiente diagrama muestra el tratamiento adicional de la fase agua por floculación en una planta de separación por sales o ácido.


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1. Tanque receptor de emulsión usada.

6. Tanque de agentes neutralizadores.

2. Intercambiador de calor.

7. Tanque del agua de desecho.

3. Tanque de agente de separación.

8. Tanque de floculación.

4. Tanque de separación: donde el agente de

9. Tanque de lodos húmedos.

separación y la emulsión son mezclados.

10. Filtro prensa para el secado de los lodos.

5. Centrífuga.

Agente de Separación Emulsión Usada

Agitador “Chaqueta” de Calentamiento

3

2

4

5

1 Agua Separada por el Tratamiento Posterior 6

Floculantes

Aceite Separado

Aceite Separado Lodo

8

7

9

10

Lodo Transportador de Tornillo

Filro Prensa Agua Limpia

Mecanizado de Metales Tratamiento por absorción Una emulsión también puede ser separada mediante la combinación de agentes de separación y absorción. Los componentes solubles del agente de separación separan la emulsión, y el aceite separado es capturado por el agente de absorción (ácido silícico hidrofóbico microdispersado). La filtración, subsecuente, produce agua muy limpia, con un contenido residual de aceite el cual es usualmente aceptable para su disposición en alcantarillas. Los lodos residuales que contiene el aceite pueden ser secados y luego quemados. El equipo requerido para este proceso es relativamente barato pero el costo de los agentes de separación es alto y se incrementa con el contenido de aceite en la emulsión. Este proceso es, por lo tanto, muy útil para empresas que manejen pequeñas cantidades de emulsión y sobre todo con bajos contenidos de aceite. Este proceso también puede ser empleado para el tratamiento final del agua que ha sido separada de una emulsión. Evaporación de la fase de agua Un método obvio de separación de emulsiones es sometiéndola a calentamiento para retirar el agua, dejando el aceite solo. Hay una gran variedad de equipos disponibles para este propósito, como son los quemadores de combustión sumergida, evaporadores rotatorios, evaporadores de película delgada, etc.


Módulo Diez El principal problema con los métodos de evaporación es el diseño del equipo para mantener el consumo de energía en un nivel económico. Los métodos de evaporación resultan ventajosos desde el punto de vista medioambiental debido a que no es necesario el uso de químicos adicionales, como los agentes de separación, que contribuyen a incrementar el volumen de desechos en la disposición final. Prácticamente todo el aceite y otros contaminantes son separados cuando el agua es evaporada. No obstante, el condensado contiene algunas gotas de aceite finamente dispersadas las cuales son arrastradas en la corriente y tienen que ser removidas con el uso de filtros de carbón activado. Los procesos de evaporación son principalmente útiles para empresas con operaciones continuas que emplean emulsiones con altos contenidos de aceite. Ellos son económicos para operar donde grandes volúmenes de emulsión están presentes y su creciente importancia radica en su gran aceptación medioambiental. Combustión Las emulsiones que no contienen más del 30% de agua pueden ser quemadas en quemadores especiales. Si el contenido de agua está por encima de este nivel, es posible agregar la emulsión al aceite combustible nuevamente sin exceder un máximo contenido de agua del 30%. La combustión de emulsiones puede ser un buen medio para su disposición, pero antes de



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ponerlo en práctica es indispensable obtener mayor información pues se tiene el riesgo de corrosión y otros daños a la caldera u horno causados por cualquiera de sus componentes. Ultrafiltración por membrana de separación Las emulsiones de aceite en agua pueden ser separadas mediante un proceso de ultrafiltración, el cual emplea una membrana semi-permeable para efectuar la separación. La permeabilidad (o tamaño del poro) de la membrana permite que el agua, las sales solubles en el agua y los emulsificadores presentes en la emulsión, pasen a través de ella, pero las moléculas de aceite son retenidas.

La ultrafiltración requiere de una presión baja, entre 15 y 150 psi, para que tenga una rata de flujo razonable a través de la membrana. Debido a la circulación bajo presión sobre la membrana, el agua y los elementos solubles en el agua pasan a través de ella y la concentración de la emulsión se incrementa. Cuando la concentración ha alcanzado valores cercanos al 50%, la emulsión puede mezclarse con otros aceites usados y luego quemados como combustibles de hornos o calderas. Si no se aplica la alternativa anterior, el contenido de agua en la emulsión puede ser reducido, aún más, para obtener una mayor concentración y proceder a su disposición por otros medios como los contratistas. La ultrafiltración no requiere químicos adicionales y es por esto que tiene gran aceptación medioambiental. El agua separada por este método está virtualmente libre de aceite y es posible su reutilización en algún proceso sin tratamiento adicional. Si la intención es reutilizarla para preparar emulsiones nuevas, es aconsejable hacer un chequeo previo para asegurar que su contenido de sales no es significativamente alto para causar problemas.

Membrana Agua

Sal

La ultrafiltración es particularmente útil para grandes empresas en las que el agua de desecho de otras plantas, por ejemplo de pintura, es también reutilizada. Si el agua separada no es utilizada, se requiere entonces efectuarle un tratamiento adicional para remover las sales



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solubles. La ósmosis reversible, un proceso similar a la ultrafiltración pero usando membranas con tamaño de poro más pequeño y altas presiones, puede ser usada.

Colector Permeable

Elemento Tubular para Ultrafiltración

Carcaza en PVC

Salida del Agua y Sales Solubles en Agua

Tubería de Acero para Soporte del Elemento

Molécula de Agua Molécula de Aceite

En el caso de emulsiones que contengan nitrito de sodio, debe hacerse un chequeo para verificar que su nivel cumple con la regulación local, antes de arrojarlo a las alcantarillas. Si el nivel de nitrito es muy alto, debe realizarse un tratamiento para convertirlo en un compuesto no tóxico. Por ejemplo, la adición de ácido aminosulfónico convierte el nitrito a sulfonato acompañado de nitrógeno gaseoso, pero de cualquier modo, este tratamiento no reducirá el contenido total de sales.

Las diferentes composiciones de las emulsiones desechadas a nivel industrial hacen que los métodos de absorción y separación, los cuales funcionan con emulsiones sin usar, no necesariamente sean aplicables después que han sido usadas. Es por tal razón aconsejable que se determine mediante pruebas de laboratorio sobre emulsiones usadas cuáles son los agentes de separación o absorción más efectivos, antes de adoptar su uso en grandes escalas de tratamiento. Los resultados de los procesos de evaporación, combustión y ultrafiltración no dependen de la calidad de la emulsión usada y pueden ser empleados en prácticamente todos los casos sin necesidad de pruebas preliminares.

Mecanizado de Metales ASPECTOS DE SALUD E HIGIENE INDUSTRIAL EN EL MANEJO DE EMULSIONES Como ya se ha mencionado, una emulsión está compuesta por un aceite emulsionable dispersado en agua, en ocasiones con la adición de un biocida. Por lo regular, no es posible modificar significativamente el balance químico de una emulsión sin el riesgo de tener efectos adversos sobre su estabilidad y rendimiento. Es posible, por supuesto, que cualquiera de los componentes contenga elementos que sean irritantes para pieles sensibles. En general, los fluidos Shell para el mecanizado de metales están formulados con bases minerales que no representan riesgo para los usuarios cuando son manejados correctamente, y unos buenos estándares de higiene personal e industrial son adoptados. Estos fluidos son ligeramente irritantes de la piel pero son bien tolerados si hay contactos normales. Sin embargo, el contacto frecuente y prolongado con aceites minerales puede en algunos casos causar diferentes formas de irritación de la piel (dermatitis) y, en circunstancias excepcionales, condiciones más serias como cáncer de piel. Los aceites de corte emulsionables son normalmente alcalinos y pueden remover las grasas naturales de la piel humana causando resequedad y erupciones. Los desórdenes en la piel están convirtiéndose en un problema serio para la medicina indus-


Módulo Diez trial y debe tener una solución integral si los directivos de la empresa, los operarios de las máquinas y los médicos trabajan conjuntamente para prevenir su ocurrencia. Una gran variedad de experiencias han mostrado que es más fácil y barato tomar acciones preventivas en vez de tratamientos médicos prolongados y también incapacidades laborales. Pero cuál es la causa de los problemas de la piel? Muchos trabajos en ingeniería de producción envuelven riesgos de daño en la piel debido a la abrasión, laceración, penetración de materiales extraños, como las virutas y exposición a calor excesivo o frío extremo. No obstante, la exposición a químicos, agentes desengrasantes o solventes, agentes de limpieza en frío y componentes de resinas sintéticas como los agentes de curado, representan la principal causa. El níquel y cromo pueden causar irritación particularmente cuando están en forma de sales y compuestos químicos encontrados en operaciones de electroniquelado, pero también cuando se mecanizan aceros que contienen cromo. Se concluye de lo anterior que hay muchas fuentes potenciales de problemas de piel aparte de los aceites para corte de metales. La irritación de la piel es más común con el uso de aceites emulsionables que con aceites minerales puros. Esto es debido a que las emulsiones son generalmente alcalinas y pueden remover la capa grasa protectora

Mecanizado de Metales conllevando a resequedad en la piel. Si no se adopta el tratamiento adecuado la resequedad puede convertirse en inflamación y erupciones rojas. El nombre dado a esta condición es dermatitis, y no debe ser confundida con los efectos de una alergia. Las alergias son menos comunes y más difíciles de curar completamente. La dermatitis se controla mediante acciones preventivas tales como la aplicación de una crema protectora antes de empezar el trabajo, y al finalizar la jornada lavándose cuidadosamente y aplicarse, de ser necesario, una crema acondicionadora. Para el propósito de este módulo, es suficiente limitar la discusión sobre reglas de higiene y aspectos de salud en el manejo de emulsiones al control de la dermatitis. Los síntomas externos empiezan con asperezas, resequedad y rasquiña. Si no se toma ninguna acción, esto conduce a inflamación, enrojecimiento de la zona afectada, picazón y algunas veces a la formación de ampollas. El nombre común para esta condición es “eczema por lubricante” y se presenta regularmente en las palmas de las manos, en los dedos y antebrazos. Donde la piel es afectada en esta forma hay un gran riesgo que microorganismos puedan agravar esta condición. A menudo los gérmenes de los grupos de estreptococos, estafilococos y en particular el sporovibrio desulfuricans (un grupo que puede ser causante del rompimiento


Módulo Diez de la emulsión) penetran en la piel. Cuando los microbios son la principal causa de esta enfermedad, se le da el nombre de eczema microbial. Las siguientes recomendaciones proporcionan una guía sobre la manipulación de aceites emulsionables: - El contacto entre la emulsión y la piel debe evitarse o restringirse al mínimo necesario para llevar a cabo la tarea. - No lavarse los brazos y las manos con emulsión. - Prevenga posibles heridas en la piel con residuos metálicos, virutas o refrigerantes rociados a alta presión. Las virutas y los contaminantes sólidos deberían ser removidos de la emulsión por una filtración efectiva y la limpieza exhaustiva de la máquina. - Si se emplean biocidas debe tenerse especial cuidado de no exceder la concentración recomendada por el fabricante para evitar irritación de la piel. - Erupciones o cortaduras en la piel deben recibir atención médica inmediata. - El uso de guantes protectores, aunque deseable, no es siempre posible, porque a

Mecanizado de Metales veces se trabaja con piezas pequeñas y su manipulación se dificulta. Bajo estas circunstancias es aconsejable emplear una crema protectora repelente de aceite. Las cremas protectoras deben aplicarse regularmente antes de empezar el trabajo, y después de cada lavada de manos y brazos. Estas cremas se utilizan para prevenir la irritación de la piel y no deben ser utilizadas como tratamiento de enfermedades. - Delantales o petos resistentes al aceite deben emplearse para proteger tanto el abdomen como los muslos, del contacto con la emulsión y con superficies aceitosas de la máquina. - Trapos o estopas mojados con emulsión, que pueden tener virutas y otros materiales abrasivos, no deben usarse en la limpieza de las manos. - Para prevenir el contacto prolongado de partes del cuerpo con refrigerante, las ropas mojadas deben cambiarse tan pronto como sea posible. Por la misma razón, los trapos o estopas humedecidos con aceite no deben mantenerse dentro de los bolsillos de los pantalones o camisas de trabajo. De igual importancia para la protección de la piel son aquellos cuidados que se tengan cuando se finaliza el turno o día de trabajo, algunas de las precauciones a tomar son:


Módulo Diez - Lavar cuidadosamente las manos, brazos y cualquier otra parte del cuerpo expuesta al refrigerante, usando abundante agua caliente para remover de la piel todas las trazas de aceite. - Evitar el uso de pastas abrasivas ásperas o desengrasantes en polvo para efectuar él restregado de la piel. Usar limpiadores de manos no abrasivos o jabones que sean ligeramente ácidos al reaccionar (nunca emplear jabones fuertemente alcalinos). - Nunca usar emulsiones o solventes para hacer prelavados de las manos y brazos. - Secar la piel con toallas limpias o preferiblemente con papel toalla desechable para evitar posible recontaminación de la piel con aceite o pedazos de viruta retenidos en toallas usadas.


CONCLUSIONES La economía resultante de utilizar una emulsión se ve afectada por diversos factores. Los principales problemas se derivan del hecho que las emulsiones son una mezcla de dos componentes que no son inherentemente compatibles. Por otra parte, como el principal componente es el agua es más probable que se presente la contaminación con microorganismos y suciedad. Entre mayor sea el contenido de aceite, la emulsión es más costosa. Por tal razón, se requieren numerosas y exigentes pruebas a las emulsiones para obtener una que ofrezca óptimo rendimiento con el menor contenido de aceite posible. Sin embargo, no es el precio del aceite emulsionable el único factor a considerar como criterio de selección de una marca,


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sino los costos totales en que se incurre durante toda la vida en servicio de la emulsión. Estos costos totales incluyen desde el precio del aceite emulsionable hasta los rellenos requeridos para completar nivel. El costo total de cambiar una emulsión es relativamente alto porque no solamente involucra la compra de aceite emulsionable nuevo sino también el costo de limpieza del sistema, de los materiales y elementos, la mano de obra y, por supuesto, la disposición de la emulsión usada. En vista de lo anterior, es generalmente más económico usar aceite emulsionable de alta calidad y poner especial cuidado al mantenimiento de la emulsión para obtener una extensa vida de servicio.



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ACEITES PUROS PARA EL MECANIZADO DE METALES

les, pero proveen mejor lubricación bajo condiciones de carga altas.

Los aceites puros para corte de metales son usados sin la adición de agua. Ellos consisten en aceites minerales refinados que contienen una proporción variable de aditivos de extrema presión y aceites grasos seleccionados, cuya actividad depende del tipo de material mecanizado y la severidad de la operación de corte.

En las formulaciones de aceites de corte se usan frecuentemente aceites grasos seleccionados que son tratados con azufre y mezclados con otros componentes en condiciones cuidadosamente controladas y usados como aditivos de aceites minerales.

Las máquinas herramientas automáticas y semiautomáticas incorporan complejos mecanismos en la zona de corte, la cual está expuesta al flujo del aceite. El diseño es de tal forma que con frecuencia resulta difícil excluir completamente el fluido de corte del sistema de engranajes cerrados y por lo tanto los aceites puros son preferidos para estas máquinas. Los aceites puros son fundamentales para operaciones como tallado de engranajes y el brochado, donde un buen acabado superficial es esencial y la vida de la herramienta de corte es el principal factor de costo. Los aceites minerales refinados son muy estables y proveen una excelente lubricación hidrodinámica, pero son inertes ante los metales y aleaciones; y no siempre resuelven las condiciones de altas cargas que se presentan al mecanizar los metales. Los aceites grasos son menos estables, se vuelven rancios y pueden atacar algunos meta-

Las características principales que debe cumplir un aceite puro son:

Propiedad humectante (mojante) Buenas propiedades de fluidez y capacidad de “mojar” a fin de asegurar un caudal adecuado, así como un íntimo contacto con la herramienta y la pieza a mecanizar permitiendo por lo tanto una buena lubricación y enfriamiento. Un aceite mineral altamente refinado “no moja” la superficie del metal limpio y quedan en ella glóbulos similares a gotas de agua. El ángulo de contacto de la gota de aceite con el metal varía con la tensión interfacial del aceite. A medida que este ángulo se hace más agudo y se aproxima a cero, el aceite se extiende más ampliamente, mojándose la superficie más eficientemente.

Mecanizado de Metales Propiedades de extrema presión y lubricantes Los aceros más tenaces imponen condiciones de temperatura y presión muy severas, especialmente a alta velocidad de corte. Dichas condiciones provocan la soldadura de partículas de metal en la punta de la herramienta que dan lugar a un reborde, generalmente, denominado falsa cuchilla. Si bien un pequeño reborde es aceptable y protege el filo, uno mayor origina un mal acabado superficial de las piezas trabajadas. El proceso de formación de la viruta se inicia cuando el metal que se encuentra inmediatamente delante de la punta de la herramienta es sometido a elevada tensión, se distorsiona y eventualmente se corta en partículas. La carga sobre la herramienta es más alta en la punta de la misma, y operando con aceros de alta resistencia a la tracción ésta no puede ser soportada por el aceite; por lo tanto, la viruta tiende a soldarse sobre la herramienta formando la “falsa cuchilla”, y este fenómeno debe ser controlado por el uso de aditivos de extrema presión. El uso de aceites de extrema presión apropiados controlará este defecto y mejorará el acabado de la pieza y la vida de la herramienta.


Módulo Diez Estos tipos de aceites contienen aditivos especiales que actúan sobre la superficie altamente cargada para formar películas submicroscópicas de un lubricante sólido que limita la soldadura de la viruta. Los lubricantes de extrema presión se clasifican como “activos” e “inactivos”, según se manchen o no los metales amarillos y aleaciones (bronce, cobre, etc.) a temperatura ambiente. Solamente los activos son capaces de actuar positivamente en las operaciones de mecanizado más severas. No obstante, hay ciertos aceites Shell que se usan en las condiciones más severas y son formulados de tal manera que pueden utilizarse en el mecanizado de metales amarillos. Para demostrar las propiedades de extrema presión se someten los aceites al ensayo denominado “Test Shell de las cuatro bolas”. En la máquina utilizada se hace girar a velocidad constante una bola de acero templado de media pulgada de diámetro sujeta por un mandril y en contacto con otras tres bolas similares. Estas últimas se mantienen fijas y en contacto unas con otras en un recipiente metálico con el aceite a ensayar. La carga puede variar en un amplio rango.



Módulo Diez Si se tiene en cuenta que la presión ejercida por la viruta sobre la herramienta, que es máxima en la punta, cae a cero cuando termina el contacto, es lógico concluir que entre las posiciones de presión máxima y cero hay otras donde la película de aceite no puede ser lo suficientemente gruesa como para soportar la carga y tampoco el aditivo de extrema presión es efectivo porque la temperatura no es suficiente (está por debajo de 50oC). Por tal razón, en estas zonas de contacto son vitales las propiedades lubricantes del aceite, de manera que resulta esencial un cuidadoso balance entre las propiedades de extrema presión y la lubricidad, para lograr un buen acabado de la pieza mecanizada y una mayor vida útil de la herramienta.

Mientras la bola superior gira, la carga aplicada incide inicialmente en áreas muy pequeñas. De esta manera se forman huellas de desgaste donde las bolas se encuentran, haciendo que las áreas de contacto aumenten y permiten soportar la carga. La capacidad de carga del aceite puede ser evaluada por las medidas de las huellas de desgaste a diferentes cargas. A pesar de la gran importancia que tiene una buena capacidad de carga bajo condiciones de extrema presión, este no es el único criterio para evaluar la calidad de un aceite de corte.

Esto se ha conseguido en los aceites Shell, gracias a una selección de aditivos especiales que les confieren estas propiedades.

Acción anticorrosiva sobre la máquina y la pieza a mecanizar Ha sido demostrado el valor de los aditivos de extrema presión, y que estos reaccionan en cierto grado con la superficie del metal. Si son demasiado activos o resultan activos a baja temperatura, la reacción puede llegar a producir corrosión. Por ejemplo, el azufre libre puede atacar los metales amarillos y dañar al bronce y otras aleaciones no ferrosas de cojinetes de máquinas herramientas.

Mecanizado de Metales Los agentes E.P. (azufre, cloro, fósforo, etc.) deben estar presentes de tal forma que únicamente se vuelvan activos a las altas temperaturas que se alcanzan en los puntos donde la presión es más elevada por la acción de corte. Para establecer el efecto de la acción corrosiva sobre las partes de metal amarillo, de la máquina o pieza trabajada, se utiliza el ensayo "corrosión lámina de cobre". En este test, una lámina de cobre, limpia y pulida con papel esmeril fino, se sumerge en el aceite a ensayar durante tres horas a 21oC. Al finalizar la prueba se observa si la lámina ha sufrido alguna mancha, por ejemplo, con sulfuro de cobre, producida por el ataque del azufre sobre la superficie de cobre, o si por el contrario la lámina permanece brillante y libre de manchas.

Tendencia a la formación de humos A altas velocidades de corte, en materiales de gran tenacidad, se generan muy altas temperaturas. A menos que la herramienta de corte sea cuidadosamente diseñada y el flujo del refrigerante suficiente, el humo es inevitable debido a la descomposición y volatilización del aceite. Esto se produce especialmente cuando las virutas calientes caen sobre superficies mojadas en aceite, no habiendo sido completamente enfriadas por el flujo del aceite. Aún en estas condiciones puede hacerse mucho para reducir el humo mediante una selección cuidadosa del aceite base, incorporando


Módulo Diez agentes mojantes eficientes y asegurándose que el aceite de corte terminado tenga adecuado poder lubricante para el servicio a que está destinado. Las pruebas prácticas en un taller mecánico demuestran que los aceites Shell para mecanizado de metales reducen el humo, particularmente en operaciones severas como tallado de engranajes, mediante la provisión de una película altamente adhesiva con gran poder lubricante.



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Sección Tres SUPERLUBRICANTES SHELL PARA EL MECANIZADO DE METALES ACEITES EMULSIONABLES SHELL BRUMOL SP Shell Brumol SP es un lubricante emulsionable, producido a partir de bases minerales refinadas a las cuales se les agrega un paquete de aditivos para mejorar su desempeño. Shell Brumol SP se usa en la mayoría de las operaciones de maquinado, como son: - Taladrado, torneado, fresado y corte de metales en frío. - Pulido de metales, excepto acero inoxidable, aleaciones resistentes al calor, terrajado y roscado de aleaciones no ferrosas. - En la industria del concreto es utilizado como desmoldante para lograr dar el acabado requerido a la formaleta y proteger los moldes. Estos aceites se encuentran libres de cloro, nitrito y fenoles, lo que permite una operación más segura, previene irritaciones de la piel y la formación de olores molestos.

Además, tiene incorporados biocidas de alto espectro que previenen la formación de microorganismos que degradan el aceite. Las concentraciones pueden variar entre 1 y 5% dependiendo de los requerimientos de lubricación y refrigeración.

SHELL DROMUS B Los lubricantes Shell Dromus son mezclas de aceites minerales refinados, emulgentes y otros aditivos especialmente seleccionados para asegurar que una vez mezclado con agua proporciona una emulsión estable que satisfará los requerimientos de diversas operaciones de mecanizado. Como las emulsiones de Shell Dromus B en agua son excepcionalmente estables, retienen sus excelentes propiedades anticorrosivas por mayores períodos de tiempo proporcionando continua protección a la máquina. En concentraciones al 2 % de agua cumple los requerimientos 4 x 0-0 del test I.P. 125 de corrosión. En contraste a muchas marcas competidoras más baratas, Shell Dromus B no contiene compuestos fenólicos que causan irritación de la piel y tienen un olor muy fuerte que es bastante molesto para el operario de la máquina.



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Se usa normalmente en las operaciones de taladrado, fresado, torneado, corte en frío y bruñido de la mayoría de los metales, excepto de los aceros inoxidables y aleaciones resistentes al calor, terrajado y roscado de aleaciones no ferrosas.

mecanización de todo tipo de aleaciones no ferrosas y metales amarillos, en tornos automáticos, tallado de engranajes, rectificado de roscas, roscado, roscado por laminación, taladrado, brochado profundo, etc.

Se emplean generalmente en concentraciones del 1 al 15%. En operaciones de laminación de cobre en caliente se emplea en concentraciones al 2% y en frío al 6%.

SHELL GARIA C

Otra de sus aplicaciones es como inhibidor de corrosión en sistemas hidráulicos con agua, o en sistemas de refrigeración de motores. Su concentración puede oscilar entre el 1 y el 5%.

ACEITES PUROS SHELL MACRON B Los superlubricantes Shell Macron son aceites transparentes de extrema presión moderada. Se fabrican a partir de la mezcla de aceites minerales altamente refinados, con aceites grasos sulfurizados cuidadosamente seleccionados, que los hace útiles para el mecanizado de aceros de resistencia media (de bajo porcentaje de carbono), especialmente cuando se trabaja con máquinas herramientas automáticas. Debido a que Shell Macron B está formulado con aditivos del tipo inactivo es ideal para la

Son aceites de mecanizado, transparentes, del tipo extrema presión activos. Shell Garia C está constituido por una mezcla de aceites minerales altamente refinados con aditivos especiales que les confieren excelentes cualidades lubricantes bajo las condiciones de trabajo más severas. Por la calidad de los componentes empleados tienen un olor muy suave, son estables y no se oxidan. Así mismo, reducen a un mínimo su actividad hacia los componentes metálicos amarillos de las máquinas herramientas. Shell Garia C es un aceite multifuncional. Su economía y versatilidad lo hace ser el más usado de la familia Shell Garia Oils. Sus aplicaciones típicas incluyen: - Mecanización automática de aceros aleados (50/70 tons uts, 80/110 Kp/mm2), aceros inoxidables y aleaciones resistentes al calor.

Mecanizado de Metales - Fresado de engranajes de acero (20/50 tons uts, 30/80 Kp/mm2) y aceros aleados (50/70 tons uts, 80/110 Kp/mm2). - Terrajado y roscado, roscado por laminación y barrenado profundo de aceros (20/50 tons uts, 30/80 Kp/mm2) y aceros aleados (50/70 tons uts, 80/110 Kp/mm2) - Brochado de acero (20/50 tons uts, 30/80 Kp/mm2).


Módulo Diez

Mecanizado de Metales Sección Cuatro SELECCION DEL ACEITE DE CORTE En el cuadro siguiente se encuentran las recomendaciones generales para la correcta elección de aceites para el mecanizado de metales.


Módulo Diez



Módulo Diez

Metales no ferrosos

Aceros

Operaciones de maquinado

Fácilmente maquinables

Tenaces

20 a 30

30 a 50

50 a 80

Inoxidables; alta resistencia calor, etc.

Operaciones muy severas (p.e. brochado)

Shell Macron B

Shell Macron 32

Shell Garia C

Shell Garia C o Shell Garia D

Shell Garia D

-----

Roscado (con macho o terraja)

Shell Macron B

Shell Macron 32

Shell Garia C o Shell Macron 32



Shell Garia D

Roscado (laminado)

Shell Macron B

Shell Macron 32




Shell Garia D

Fresado de engranajes

Shell Macron B

Shell Macron 32




Shell Garia D

Rectificado de roscas

Shell Macron B

Shell Macron 32

Shell Garia C

Shell Garia C

Shell Garia C

Shell Garia D

Operaciones automáticas

Shell Macron 32 o Shell Macron B



Shell Macron 32

Shell Garia C


Agujereado y alesado profundo

Shell Macron B o Shell Brumol SP



Shell Garia C

Shell Garia C

-----

Escariado






Shell Garia D

Agujereado

Shell Brumol SP o Shell Macron B



Shell Garia C o Shell Brumol SP

Shell Garia C

Shell Garia D

Fresado

Shell Brumol SP


Shell Brumol SP




Torneado

Shell Brumol SP






Serruchado en frío

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP



Cepillado y limado

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Rectificado

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Resistencia a la tracción (Ton. cortas /Pulg 2)

1. Shell Macron 32 y Shell Garia D son producidos bajo pedido o importación. 2. Shell Dromus B puede ser empleado en las mismas operaciones en que se utiliza Shell Brumol SP.

Tutor de Lubricación

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