Alumnos: José Alumnos: José Luis Borjas Venegas Jorge Alejandro Espinoza García José Manuel Garza Corona Gonzalo Hernández Granados David Loera Frías Luis Alfredo Martínez Medina Saúl Robledo Carrillo
Materia: Materia: Sistemas Mecánicos Profesor: ING. Profesor: ING. Eutiquio Canales Ruiz Grupo: 9IMTD Grupo: 9IMTD Unidad 3. Lubricación
05/julio/2017
1-Lubricación con grasa Una grasa lubricante es un material semifluido formado por un agente espesante, un aceite base y, normalmente, una serie de aditivos. La naturaleza y porcentajes de los componentes de la grasa dependen mucho de las aplicaciones para las cuales va a estar destinada.
Aceite base: 75-96% o
Aceite mineral
o
Aceite sintético
*Aceite vegetal
Espesante: 3-25%
o
Jabones metálicos simples
o
Jabones metálicos complejos
o
Espesantes con base no jabonosa
o
Espesantes inorgánicos
Aditivos: 0-10%
1.1 Aplicaciones
En ciertas aplicaciones, las grasas se pueden utilizar en sustitución de los aceites lubricantes. Su uso está normalmente limitado a aquellos puntos y órganos en los que no es posible ni cómoda la utilización de aceites lubricantes o en los que, desde el principio, se presupone un conjunto de restricciones para un buen rendimiento del aceite. 1.2 Ventajas de la grasa lubricante
Ser capaces de formar una película lubricante lo suficientemente resistente como para separar las superficies metálicas y evitar el contacto metal-metal (reduciendo la fricción y el desgaste). Características de arranque en frío.
El lubricante debe permanecer retenido en el punto de engrase debido a que la frecuencia de relubricación por fluido lo hace económicamente injustificable.
Protección frente a la corrosión. - En máquinas donde no es factible hacer llegar un fluido mediante un sistema de conducción o colocar un depósito debido a la configuración de la máquina.
Alimentación de lubricante adicional.
Tener propiedades sellantes (evitando el agua y otros contaminantes).
Tener resistencia a cambios estructurales o de consistencia (Tenacidad).
Resistir al centrifugado y a la pérdida de fluido.
Ser compatible con materiales sellantes.
Poseer las características adecuadas para la aplicación requerida.
Minimiza la contaminación de productos.
Mantenimiento sin parada.
reduce la frecuencia de re lubricación.
Cuando
se
presentan
condiciones
extremas
(temperatura,
presiones,
cargas,
velocidades...). 1.3 Desventajas de la grasa lubricante
Menor capacidad de enfriamiento/transferencia de calor.
Limitaciones de velocidad en los rodamientos.
Menor estabilidad al almacenamiento.
Falta de uniformidad. - Problemas de compatibilidad.
Menor resistencia a la oxidación.
Control de la contaminación.
Dificultad de controlar el volumen.
Se debe tener en cuenta que una grasa no enfría el mecanismo como un fluido circulando y tampoco es capaz de arrastrar los contaminantes no deseados como lo hace un fluido. Un lubricante debe reducir el coeficiente de fricción y de este modo reducir la cantidad de calor que genera (y el desgaste). Las grasas poseen coeficientes de fricción más bajos que los aceites que se utilizan en su propia fabricación, por tanto, se consume menos energía con grasas que con aceites. 1.4 Aceite Base
El aceite lubricante es el mayor constituyente de una grasa (75-96%), por lo que influye mucho en las características y el comportamiento de la grasa. Al elegir una grasa primero se debe escoger el aceite base, ya que es el componente de la grasa que va a ejercer la labor de lubricación. 1.5 Elección de la viscosidad adecuada del aceite base
Lo primero a determinar al elegir el aceite base, es la viscosidad adecuada del mismo dependiendo de la aplicación que vaya a tener la grasa (Tabla 2). La viscosidad elegida deberá tener unos valores mínimos y máximos: - la mínima necesaria para proveer lubricación durante el “arranque” (o en el caso de piezas que no sean motores, al moverse la primera vez que se usa). - la máxima necesaria para no contribuir con fricción y pérdidas de potencia (en forma de calor y desgaste) innecesarias (depende del factor de velocidad que a su vez depende de la velocidad en rpm y el del diámetro medio).
1.6 Tipos de aceite base
Se pueden utilizar una gran variedad de tipos de aceite base en grasas lubricantes. Lo más usual es utilizar un aceite de base mineral o alguno de las familias de lubricantes sintéticos, aunque también pueden utilizarse bases vegetales. En la tabla 3 se muestra la clasificación API de aceites base. Base mineral
Las bases minerales se obtienen mediante la destilación del crudo. Pueden ser tanto de origen parafínico como nafténico. * Bases parafínicas Son las más ampliamente utilizadas. Son relativamente estables a altas temperaturas pero, debido al alto contenido en parafinas que poseen, no funciona satisfactoriamente a bajas temperaturas. Los aceite parafínicos con alto índice de viscosidad
tienen una buena resistencia a la oxidación, pero no son compatibles con jabones de calcio o sodio (espesantes típicos). * Bases nafténicas Estas bases a altas temperaturas son menos estables que las parafínicas. Circulan bien a bajas temperaturas. Si se utilizan estas bases se deben añadir inhibidores de la oxidación. En algunas aplicaciones se utilizan nafténicos con índices de viscosidad medios o bajos porque tienen un bajo contenido en ceras, lo que mejora el funcionamiento a bajas temperaturas. Base sintética
Para la mayoría de las aplicaciones, un aceite mineral convencional es suficiente para garantizar una lubricación eficiente. Sin embargo, para los casos en que las condiciones de lubricación son especialmente severas, suele resultar muy conveniente utilizar una grasa que posea un aceite base sintético. Las bases sintéticas se obtienen mediante procesos sintéticos, a partir de unidades de moléculas simples para obtener estructuras mayores con unas propiedades específicas. Son refinados de aceites vegetales y/o de petróleo. Al producir un hidrocarburo sintético, es posible elegir el porcentaje de cada tipo de moléculas en el lubricante final. Si la grasa va a formar parte de un sistema en el que hay temperaturas o presión extremas, la elección de un aceite sintético es más acertada debido a su mayor índice de viscosidad, estabilidad térmica y oxidativa. Trabajan bien tanto a altas como a bajas temperaturas. Las bases sintéticas más típicas son: *Polialfaolefinas (pao) Son las bases sintéticas más usadas. Poseen una buena estabilidad térmica, pero requieren de antioxidantes y tienen una capacidad limitada para disolver algunos aditivos. Además, se caracterizan por una baja tendencia a la formación de depósitos y baja corrosividad. Posee un elevado índice de viscosidad, lo cual añadido a un paquete de aditivos bien equilibrado, minimiza la descomposición del aceite y prolonga la vida útil del aceite. A altas temperaturas de trabajo, este elevado índice de viscosidad ofrece un espesor de la película lubricante mayor que los productos en base a aceite mineral. Es compatible con la mayor parte de las piezas comunes de las máquinas, así como con los aceites minerales. *Ésteres Tienen buena estabilidad térmica y excelente solvencia. Fluyen limpiamente y tienden a disolver barniz y sedimentos, no dejan depósitos. Si hay peligro de contaminación por agua, deben adicionarse aditivos específicos para evitar la hidrólisis y proporcionarle una estabilidad a la oxidación. Poseen un amplio intervalo de temperaturas de trabajo, buena resistencia de la película y baja volatilidad. Normalmente son ésteres de polialcoholes donde todos los grupos OH están esterificados: trimetilolpropano, trioleína,... *Poliglicoles (glicoles polialquenos) Exhiben una buena estabilidad térmica en presencia de aditivos antioxidantes por tener una alta conductividad térmica. Tienen altos índices de viscosidad, pudiéndose utilizar en amplios rangos de temperaturas. Debido a la agresividad de estos compuestos no será posible utilizarlos a no ser que se posean juntas y pinturas especiales. Ejemplos típicos son el polipropilenglicol y el dipropilenglicol. *Siliconas Son polímeros de organosiloxanos basados en una estructura consistente en átomos de O y Si alternados, con radicales orgánicos unidos a los átomos de Si. La aplicación más interesante para este tipo de compuestos es con elementos radiactivos, ya que poseen una buena resistencia
a la radiación. Además poseen una buena resistencia térmica y buena resistencia a la oxidación. Sus principales 7 desventajas son su alto precio, pobre características anti-desgaste (la oxidación, produce ciertos productos de oxidación como los óxidos de silicona que son abrasivos y causan desgaste) y poseen una baja tensión superficial (esto permite una amplia extensión en las superficies metálicas, especialmente en el acero, y no forma una película lubricante adherente y eficaz, por lo tanto carece de lubricidad). Tienen un elevadísimo índice de viscosidad (por tanto pequeñas variaciones en la viscosidad en una amplia gama de temperaturas). *Perfluoropolietileno (pfpe) Tienen buenas características como lubricantes por su inerticidad y su alta densidad, pero su alta volatilidad provoca problemas medioambientales (ataca a la capa de ozono). 1.7. Temperatura en las bases
Las grasas no cambian de estado, pero sufren un proceso de endurecimiento (aumento de consistencia) que se asimila a la congelación. La rapidez de este proceso depende de la naturaleza de la grasa. Si la base de la grasa es un aceite sintético, el aumento de consistencia es menor que en el caso de una grasa mineral para las mismas condiciones de temperatura. Este efecto está relacionado con la bombeabilidad de las grasas a bajas temperaturas (si se quiere asegurar la bombeabilidad de una grasa a bajas temperaturas, se deberá utilizar una grasa que tenga como base un aceite sintético).
1.8 Espesantes
El agente espesante proporciona una red tridimensional, similar a la estructura de una esponja, que retiene el lubricante entre sus poros. La función de dicho espesante es actuar de manera permeable a modo de depósito de aceite, permitiendo la liberación de éste para lubricar la zona requerida durante el funcionamiento (cuando se ejerce una cierta presión sobre la grasa por el efecto del peso del elemento a lubricar se libera cierta cantidad de aceite que permite la lubricación) y su absorción cuando cesa dicha solicitud para evitar las fugas y las perdidas por evaporación. Este ingrediente solidificador va a determinar la calidad final y el tipo de aplicación de la grasa (es el que le confiere propiedades tales como resistencia al agua, capacidad de sellado y resistencia a altas temperaturas sin variar sus propiedades ni descomponerse). 1.8.1 Consistencia de la grasa (cantidad de espesante)
La consistencia de una grasa aumenta proporcionalmente con la cantidad de espesante añadida. Consistencia en función de la viscosidad del aceite base Dependiendo de la viscosidad del aceite base, necesitaremos más o menos cantidad de espesante. Un aceite poco viscoso, necesitará una consistencia mayor, es decir, una red m ás tupida, para que el aceite no escape. En cambio, los aceites más viscosos necesitarán una consistencia menor para permitir una buena liberación del mismo. Consistencia en función del uso de la grasa (igualdad de viscosidad del aceite base) Dentro del mismo tipo de grasas (con igual viscosidad y tipo de aceite base), se seleccionará la grasa de menor consistencia para los casos de lubricación centralizada, y la de mayor consistencia para aquellos casos en los que se quiera sellar o evitar la contaminación por elementos extraños, agua, polvo, productos de proceso. 1.9 Clasificación de las grasas - Grado de consistencia de una grasa
El NGLI (National Lubricating Grease Institute), establece una clasificación de las grasas en función de su consistencia. Una grasa aumenta su consistencia al aumentar el contenido en espesante. La cantidad de espesante en una grasa varía desde el 2% (grasas muy fluidas) hasta el 25% (grasas más consistentes). El sistema para clasificar las consistencias de las grasas, se define por la penetración producida por la caída de un cono estándar en una muestra de grasa (ASTM-D-217). Dependiendo del valor obtenido en esta prueba, la grasa se clasifica en uno de los 9 grados que se muestran en la tabla 6 que a tal efecto define el NLGI. Estos grados van desde el 000 para las grasas más fluidas, hasta el 6 para las grasas de mayor consistencia.
Influencia de la temperatura en la consistencia de una grasa.
A altas temperaturas, el comportamiento de una grasa dependerá en gran medida de la naturaleza del aceite y del tipo de espesante que componga la grasa, pero por lo general, un aumento de
temperatura provocará una disminución progresiva de la consistencia hasta alcanzar un punto en el que la estructura reticular del espesante se destruye, liberando el aceite por completo. La temperatura a la que se produce esta rotura va a depender principalmente del tipo de espesante. Variaciones de temperatura ambiente, no van a tener un efecto apreciable sobre la consistencia de una grasa en particular.
1.10 Procedimiento recomendado para re-lubricación
Se recomienda seguir el siguiente procedimiento para un correcto reengrase, y evitar problemas: A. Etapas previas:
Definir un encargado del programa de re-lubricación. Verifique el tipo de rodamiento instalado (las placas del equipo indican muchas veces el tipo). Esto determinará si los rodamientos son re-engrasables. Tener fichas técnicas de cada motor indicando el tipo de rodamiento y grasa utilizada. Identificar el tipo de grasa y el fabricante si es posible. Calibre la engrasadora, estableciendo la cantidad de grasa que sale en cada aplicación en Gramos. B. Procediento recomendado: Defina la cantidad de grasa de relubricación y el periodo de tiempo correcto. Asegúrese de que la pistola de grasa contiene el lubricante adecuado para los rodamientos. Con el motor o generador encendido (y caliente) proceda con el reengrase. Retire el accesorio de drenaje y si es posible, limpie con un cepillo de espiral dentro de la cavidad, para eliminar una pequeña cantidad de grasa para formar una ruta de salida. Antes de aplicar, verifique el relleno de grasa que queda en la cavidad para asegurar el espacio disponible para el futuro de reengrase. Aplicar la cantidad adecuada de grasa, según el tipo de rodamiento. Hágalo lentamente para minimizar la acumulación de presión excesiva en la cavidad. NO EXCEDA LA CANTIDAD RECOMENDADA. Deje que el motor funcione a esta temperatura durante un tiempo según el tamaño de la máquina, al menos 20-30minutos. Después de que la grasa antigua salga por el drenaje, vuelva a instalar el tapón y limpie la zona de salida.
1.11 Intervalo de re lubricación
El intervalo de relubricacion es el periodo de tiempo durante el cual la grasa mantiene las propiedades de lubricacion requeridas. Cuando este se sobrepasa hay que lubricar el rodamiento de nuevo de modo que la grasa usada sea totalmente eliminada del rodamiento y del espacio interior del alojamiento. El intervalo de relubricacion depende ante todo de la serie y tamańo del rodamiento, de la
velocidad de giro, de la temperatura de funcionamiento y de la calidad del lubricante. En los diagramos de las fig. 21 y 22 se puede obtener el intervalo de relubricacion recomendado para
cada serie individual de los rodamientos bajo carga normal (P ≤ 0,15 C) y en condiciones normales
de funcionamiento. Los diagramas son validos para grasas de calidad corriente y para temperaturas hasta +70°C. A temperaturas por encima de +70°C deberan reducirce los intervalos de relubricacion a la mitad del valor por cada 15°C de aumento de la temperatura por encima de los +70°C. A temperaturas por debajo de +40°C el intervalo de relubricacion se puede aumentar hasta el doble. Los rodamientos pequeńos sobre todo los de una hilera de bolas t ienen un intervalo de
relubricacion superior a la duracion del rodamiento por lo que no es necesario relubricarlos. Por esta razon es conveniente utilizar estos rodamientos en ejecucion con placas de proteccion o de obturacion por ambas caras los cuales ya vienen llenados con grasa de alta calidad. Para algunas velocidades de giro el intervalo de relubricacion aparece fuera del diagrama. Esto significa que se ha sobrepasado el limite admisible para lubricacion con grasa y que es necesario lubricar con aceite. La cantidad de grasa necesaria para la relubricacion se calcula con la ecuacion: Q = 0,005 DB [g] donde: Q - Cantidad de grasa [g] D - Diametro exterior del rodamiento [mm] B - Anchura del rodamiento [mm] En los rodamientos con velocidad de giro relativamente alta que requieren intervalos de relubricacion cortos hay que eliminar despues de un tiempo determinado el lubricante usado del interior del alojamiento y asi evitar el aumento de la temperatura. Para este fin con ventaja se utilizan las valvulas de grasa.
2- Lubricación con aceites
2.1 Tipos de aceite
Los aceites lubricantes derivados del petróleo están clasificados en una variedad muy amplia, de acuerdo con el servicio al que se han de aplicar. Algunos de ellos, se destinan virtualmente a usos especiales, mientras que otros pueden emplearse con éxito en una variedad tan extensa de maquinaria, que se convierten en productos de aplicación múltiple. Nos interesa conocer básicamente lo relativo a las clasificaciones siguientes.
Aceites para sistemas de circulación. Aceites para engranajes. Aceites para maquinaria o para motores. Aceites para husillos. Aceites para refrigeración.
Aceites para cilindros de máquinas a vapor. Aceites circulatorios
Probablemente son estos los lubricantes de más alta calidad que se pueden obtener en la actualidad.
Aceites para lubricación de turbinas de vapor. Aceites para usos hidráulicos. Aceites para sistemas circulatorios en trenes de laminación. Aceites para sistemas circulatorios para maquinaria papelera. Aceites para servicio pesado, motores de combustión interna
2.2 Elección de un aceite lubricante en cuanto a la viscosidad
Los factores que afectan fundamentalmente la lubricación con un aceite en cuanto a su viscosidad son: VELOCIDAD:
La velocidad tiende a producir la cuña de aceite que protege los mecanismos, es decir siempre que la velocidad sea ELEVADA hay una mejor facilidad para formarse la cuña de aceite y por lo tanto usamos un aceite ligero (de baja viscosidad). Además existe un menor fricción fluida (la que se forma entre películas) y una menor pérdida de potencia. Por el contrario, cuando la velocidad es baja, la deficiencia en la formación de la cuña de aceite debe ser suplida mediante un aceite más viscoso, es decir que presente dificultad para romperse la película de aceite. CARGA O PRESION:
Cuando existe una carga pesada, esta tiende a unir las dos superficies en movimiento. Una mayor viscosidad del lubricante soportará mejor la acción de esa carga pesada. Por el contrario, si se trata de un cojinete pequeño, que lleva una carga muy pequeña, será indispensable un aceite de baja viscosidad, para permitir el libre movimiento de las partes y menor pérdida de potencia por fricción fluida. TEMPERATURA
La temperatura influye directamente modificando la viscosidad de los aceites. Todo lubricante al ser calentado sufre una disminución de viscosidad, el enfriamiento produce el efecto contrario. Al seleccionar un lubricante deberá tenerse en cuenta la temperatura ambiente o de operación; si el ambiente es caliente, se deberá emplear un aceite muy viscoso. Inversamente, si se va a trabajar en ambientes fríos deberá lubricarse con aceites de baja viscosidad. 2.3 Ventajas de los aceites:
El aceite se adapta más a todas las partes de una máquina, como cojinetes engranajes y correderas. El aceite es más fácil de manipular en el vaciado y llenado de cárteres o depósitos cerrados. Por ejemplo: Caja de velocidades. Es más fácil controlar la cantidad correcta de lubricante en un cojinete cuando se utiliza aceite.
El aceite es más adecuado para una escala amplia de temperatura y condiciones de operación. Si debido a las altas temperaturas de operación se requiere el enfriamiento del aceite podemos usar un sistema circulatorio de aceite, o serpentines de enfriamiento. Los aceites ofrecen una escala más amplia de viscosidad a elegir para un campo más amplio de velocidades y cargas a soportar que con las grasas. Es posible un campo más amplio de elección de métodos de aplicación con el aceite que con las grasas.
3- Problemas causados por la falta de lubricación
3.1 Elementos que requieren lubricación
Cojinetes simples y antifricción, guías, levas, ect. Engranajes rectos, helicoidales, sin fin, etc., que puedan estar descubiertoso cerrados. Cilindros como los de los compresores, bombas y motores de combustióninterna. Cadenas, acoples flexibles y cables
3.2 Importancia de una correcta lubricación en la industria Perdida de utilidad
Obsolescencia (15%)
Adhesión
Degradación de la superficie (70%)
Accidentes (15%)
Desgaste mecánico (50%)
Corrosión (20%)
Fatiga
Abrasión
“Entre el 6% y el 7% del PIB de las naciones, es necesario para reparar daños mecánicos causados por el desgaste”.
3.3 Problemas por falta o mala lubricación
Adhesión
Se presenta cuando las irregularidades de una superficie interactúan directamente con las de otra, se adhieren y se sueldan, dando lugar en la mayoría de los casos al desprendimiento de partículas.
Abrasivo
erosivoEs el resultado de la presencia entre las superficies en movimiento relativo
de partículas extrañas de igual o mayor dureza a la delos materiales que los conforman. Las partículas abrasivas se incrustan ellas mismas en una de las superficies y actúan como una herramienta de corte, removiendo material de la otra superficie.
Erosivo
Es causado por un fluido a alta presión y puede llegar a ser crítico si tiene partículas sólidas en suspensión, las cuales al impactar sobre las superficies arrancan material de ellas, debido al efecto de los momentum de las partículas. La perdida de material puede ser significativa, provocando roturas por fatiga.
Cavitación
Tiene lugar cuando el aceite fluye a través de una región donde la presión es menor que la de su presión de vapor, esto hace que el aceite hierva y forme burbujas de vapor, las cuales son transportadas por el aceite hasta llegar a una región de mayor presión, donde el vapor regresa al estado líquido en forma súbita, generando fugas sobre las superficies metálicas que dan lugar a la aparición de picaduras y grietas.
Difusión
La difusión metálica puede ser un factor de desgaste a altas temperaturas. La difusión es un proceso de transferencia de masa, que se acelera al incrementarse la temperatura; por ejemplo, un proceso de maquinado implica el contacto íntimo
entre el material de trabajo y la herramienta de corte a temperaturas que se aproximan algunas a veces a los 1100°C. Bajo estas condiciones la difusión es un mecanismo de desgaste significativo en la herramienta
3.4 Métodos de inspección
Visuales
Auditiva
Olfato
