Universidad Autónoma de Santo Domingo

Facultad de Ingeniería y ArquitecturaEscuela de Electromecánica

IEM-343

TemaSeminario

Lubricación y tribologíaSustentante

Julio Ernesto Rodríguez MéndezMatricula:

100155431

INTRODUCCIÓN

1. 1LA TRIBOLOGÍA: ARTE, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

1.2. FUNDAMENTOS DE LA TRIBOLOGÍA

1.3. APLICACIONES

1.3.1. SIGNIFICADO DE LA TRIBOLOGÍA EN LA INDUSTRIA

2. FRICCIÓN

2.1CAUSAS:

2.1.1 EFECTOS DE FRICCION

2.1.2 ESTADOS DE FRICCION

2.2 TIPOS DE ROZAMIENTO

2.2.1. FUERZA DE ROZAMIENTO ESTÁTICA

2.2.2. FUERZA DE ROZAMIENTO CINÉTICO

2.2.3. VALORES DE LOS COEFICIENTES DE FRICCIÓN

2.2.4. ROZAMIENTO ENTRE SUPERFICIES DE SÓLIDOS

3. DESGASTE

4. LA LUBRICACIÓN

4.1. BREVE RECORDATORIO HISTÓRICO

4.2. OBJETIVOS Y CAMPOS DE APLICACIÓN

4.3. TIPOS DE LUBRICACIÓN

4.4. TIPOS DE LUBRICANTES

4.5. VISCOSIDAD

4.5.1. EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA VISCOSIDAD

4.6. GRADOS DE ACEITE

4.6.1. VISCOSIDAD DE LOS LUBRICANTES

4.6.2. CARACTERÍSTICAS API

BIBLIOGRAFÍA

INTRODUCCION

Tribología es la ciencia y tecnología de los sistemas en movimiento y en contacto mutuo .Comprende la fricción lubricación desgaste y otros aspectos relacionados con la ingeniería, física, metalurgia.etc. Es por tanto una ciencia interdisciplinar.

Las resistencias pasivas debidas al rozamiento tienen dos orígenes:

Rugosidad de las superficies de los cuerpos en contacto Atracción producida por las afinidades moleculares que se

manifiestan superficialmente.

Para minimizar el rozamiento debido al estado superficial, se deben controlar Proceso de acabado durante la fabricación de las piezas en contacto, mientras que para evitar las atracciones moleculares, es necesario interponer entre ambas algún cuerpo cuyo rozamiento interno sustituya al directo entre los dos cuerpos.

El propósito de la lubricación o engrase es el de interponer una película de un material fácilmente cizállable entre órganos con movimiento relativo. La sustancia fácilmente cizállable es lo que se conoce como lubricante.

Existen varios tipos de rozamiento. Si las dos superficies en contacto se separan por la interposición permanente de una sustancia lubricante, el rozamiento será de tipo “Fluido o húmedo” , mientras que si no existe ninguna sustancia intermedia se está en el caso de “Rozamiento solido o seco” .

1. LA TRIBOLOGÍA: ARTE, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

La palabra Tribología se deriva del término griego tribos, el cual entenderse como “frotamiento o rozamiento”, así que la interpretación de la palabra puede ser, “la ciencia del rozamiento”

Los diccionarios definen a la Tribología como la ciencia y tecnología que estudia la interacción de las superficies en movimiento relativo, así como los temas y prácticas relacionadas. La Tribología es el arte de aplicar un análisis operacional a problemas de gran importancia económica, llámese, confiabilidad, mantenimiento, y desgaste del equipo técnico, abarcando desde la tecnología aeroespacial hasta aplicaciones domésticas. El entendimiento de las interacciones superficiales en una interfase requiere tener conocimiento de varias disciplinas incluyendo la física, química, matemáticas aplicadas, mecánica de sólidos, mecánica de fluidos, termodinámica, transferencia de calor, ciencia de materiales, reología, lubricación, diseño de máquinas, desempeño y confiabilidad.

1.2. FUNDAMENTOS DE LA TRIBOLOGÍA

La Tribología se centra en el estudio de tres fenómenos; la fricción entre dos cuerpos en movimiento, el desgaste como efecto natural de este fenómeno y la lubricación como un medio para evitar el desgaste.

1.3. APLICACIONES

La Tribología está presente en prácticamente todos los aspectos de la maquinaría, motores y componentes de la industria en general. Los componentes tribológicos más comunes son:

Rodamientos Frenos y embragues Sellos Anillos de pistones Engranes y Levas

Las aplicaciones más comunes de los conocimientos tribológicos, aunque en la práctica no se nombren como tales, son

o Motores eléctricos y de combustión (componentes y funcionamiento)

o Turbinas o Extrusión o Rolado o Fundición o Forja o Procesos de corte (herramientas y fluidos) o Elementos de almacenamiento magnético o Prótesis articulares (cuerpo humano)

La aplicación de los conocimientos de la Tribología en estas prácticas deriva en:

o Ahorro de materias primas o Aumento en la vida útil de las herramientas y la

maquinaría o Ahorro de recursos naturales o Ahorro de energía o Protección al medio ambienteo Ahorro económico

1.3.1. Significado de la Tribología en la Industria

La tribología es crucial para la maquinaría moderna que utiliza superficies rodantes y/o deslizantes.

De acuerdo a algunos estimados, las pérdidas resultantes de la ignorancia en tribología en los Estados Unidos representan aproximadamente el 6% del total del producto bruto ($200 billones de dólares por año en 1966), y aproximadamente un tercio de los recursos energéticos existentes se pierden en forma de fricción. Por esto, la importancia de la reducción de la fricción y el desgaste para un ahorro de dinero y una confiabilidad a largo plazo de la maquinaria. Según Jost (1966,1976), el Reino Unido podría ahorrar aproximadamente 500 millones de libras al año, y los Estados Unidos llegarían a ahorrar hasta 16 billones de dólares al año utilizando mejores prácticas tribológicas. Este ahorro es significativo y puede obtenerse sin hacer una gran inversión de capital.

2. FRICCIÓN

2.1 CAUSAS

Ninguna superficie metálica es completamente lisa; aún superficies con acabados que se aproximan a la perfección presentan asperezas cuando se examinan en un microscopio. Las diminutas protuberancias en una superficie interfieren el movimiento relativo de dos cuerpos cuando rozan entre sí dando origen a la fricción al tratar de entrelazarse y agarrarse.

2.1.1 EFECTOS DE FRICCION

La fricción no solo puede ser considerada desde el punto de vista negativo por efectos que produce en maquinaria; también produce efectos positivos. Sin fricción no sería posible caminar (percibimos la sensación de esta dificultad cuando caminamos sobre el hielo), y muchos de los elementos que aprovechamos, como el automóvil, el freno (el frenado de un automóvil es posible gracias a la fricción, primero entre la balata y el disco y después entre la llanta y el pavimento), la piedra de esmeril, etc., no tendrían razón de ser. En los órganos de las maquinas consideramos la fricción como indeseable porque casi todos requieren del deslizamiento de una parte contra otra. Para vencer la fricción se requiere trabajo y la energía así gastada supone pérdida de potencia y eficiencia. Además donde hay fricción sólida ocurre desgaste, pérdida de material por la acción cortante de las asperezas opuestas y el rompimiento de las minúsculas superficies soldadas.

Uno de los problemas de los ingenieros es controlar la fricción; incrementar la fricción donde se requiere (frenos) y reducir donde no es conveniente (cojinetes).

La fricción origina calor, produce pérdida de potencia y desgaste de las partes en movimiento, desde el punto que se inicia un rápido deterioro hasta una falla total en la parte en contacto. La fricción es conceptualizada tradicionalmente en la forma de un bloque sobre una superficie horizontal. Se aplica una fuerza al bloque que tiende a moverlo a lo largo de la superficie, tal como lo muestra la figura. Además de la fuerza horizontal F, también existe una fuerza normal N entre el bloque y la superficie, mostrada aquí como resultante del peso del bloque. Conforme se incrementa gradualmente la fuerza F desde un valor bajo, no hay movimiento del bloque por la fricción entre las dos superficies. Finalmente, F alcanza un cierto valor (llamado Fs ) que vence la fricción y el bloque comienza a deslizarse. Esto define el coeficiente de fricción estática μs:

μs=Fs/ N

Una vez que el bloque está en movimiento, la fuerza requerida paramantenerlo en movimiento baja a un valor Fk, que es la fuerza cinética. En la mayoría de la situaciones mecánicas, la fuerza cinética se aproxima al 75% de la fuerza estática, pero esto depende de los materiales involucrados; para alguna combinación de materiales la diferencia entre la fuerza cinética y estática es cero.

El coeficiente de fricción cinética µ se puede calcular:

μ=Fk / N

Existen varias teorías que explican la fricción la más aceptada es la teoría de la adhesión, la cual sostiene que dos superficies deslizantes (no lubricadas) están en contacto una con la otra solo en una pequeña fracción del área aparente entre ellas. Esto es verdad aun cuando las superficies sean bastante lisas. Cuando se observa en una vista muy amplificada, cada superficie se caracteriza por asperezas microscópicas que hacen contacto con su opuesta sólo en ciertos puntos. Estos puntos comprenden el área real de contacto Ar entre las dos superficies. A causa de que el área real soporta la carga normal, los esfuerzos involucrados en estos puntos de contacto son muy altos y conducen a deformaciones plásticas y adhesión en algunos casos.

Debido a la naturaleza aleatoria de las superficies, algunas asperezas experimentan esfuerzos más grandes que otros, de manera que la adhesión ocurre solamente en los puntos donde los esfuerzos son muy altos y hay un contacto físico muy estrecho. También depende del material en contacto y su condición (que tan limpia y seca está la superficie, por ejemplo). Para romper estos enlaces adhesivos conforme las superficies se mueven, una con respecto a la otra, se requiere una fuerza F, la cual se aplica contra las uniones como una fuerza cortante. Estas conexiones suman un área equivalente al área real de contacto. De la misma manera, la fuerza normal N implica la resistencia a la fluencia del material (la resistencia a la fluencia del material más débil es la apropiada aquí) aplicada sobre el área real de contacto. Entonces podemos definir el coeficiente de fricción de acuerdo a la teoría de adhesión como:

μ=F / N=τ Ar /YAr=τ /Y

2.1.2ESTADOS DE FRICCION

Fricción metal-metal.

La fricción metal-metal es un estado de fricción que se presenta en diferentes fenómenos tribotécnicos. Tiene lugar en un elemento lubricado como consecuencia del rompimiento de la película límite o por agotamiento de lo aditivos antidesgaste del lubricante. La fricción metal-metal no siempre se debe evitar. Hay casos en donde es imprescindible que ocurra, como por ejemplo en las líneas de ferrocarril, en donde es necesario que las superficies estén completamente exentas de algún tipo de lubricante para poder rodar y frenar rápidamente.

Fricción pura.

Es un estado de fricción en el cual el sistema tribológico está constituido por dos elementos que corresponden a los materiales base. La fricción pura raras veces se encuentra en la práctica industrial y por lo general, se obtiene a nivel de laboratorio, bajo un control muy riguroso de los experimentos. Durante la fricción pura las superficies están libres de cualquier película contaminante. La magnitud del coeficiente de fricción pura varía entre 0,8 a 10 y más.

Fricción sólida.

Estado de fricción en el cual el sistema tribológico está constituido por tres elementos que presentan características de cuerpos sólidos. Durante la fricción sólida el tercer elemento está presente en forma de capas de un compuesto adheridas al metal base. En la práctica industrial este estado de fricción se halla ampliamente difundido. Se entienden como compuestos la película límite de aditivo antidesgaste, las capas de óxidos, suciedad, etc. La magnitud del coeficiente de fricción varía entre 0,2 a 0,8.

Fricción fluida.

Estado de fricción en el cual el sistema tribológico está constituido por tres elementos, presentando uno de ellos propiedades líquidas. La obtención de la fricción fluida está condicionada a la existencia de un lubricante líquido que separa las superficies de los elementos sólidos, que constituyen el sistema tribológico.

Fricción hidrodinámica.

Estado de fricción en el cual las condiciones hidrodinámicas se logran a través del movimiento relativo del par friccionante, cuando se encuentra sometido a ciertas condiciones de velocidad y de carga. En este estado de fricción juega un papel muy importante la viscosidad del lubricante empleado. Los valores del coeficiente de fricción varían en el rango de 0,001-0,002 en dependencia de la viscosidad del lubricante.

Fricción hidrostática.

Es un estado de fricción que se presenta en aquellos mecanismos que giran a bajas velocidades y que soportan grandes cargas y donde, para formar la película hidrodinámica, es necesario inyectar aceite a presión antes y durante el movimiento del mecanismo.

Fricción gaseosa.

Estado de fricción en el cual el sistema tribológico está constituido por tres elementos y uno de ellos presenta propiedades gaseosas. Dentro de la fricción gaseosa, una de las formas más difundidas es la que utiliza aire como elemento gaseoso y este separa las superficies de los elementos sólidos, que constituyen el sistema tribológico. La fricción aerodinámica se logra a través del movimiento relativo de los elementos sólidos, mientras que la aerostática se alcanza por medio de una presión exterior.

Fricción mixta.

Es un estado de fricción integrado por lo menos por dos estados de fricción, que se presentan simultáneamente en un sistema tribológico. La fricción mixta, formada por los estados de fricción sólida y fluida se encuentra ampliamente difundida en la práctica industrial, sobre todo en aquellas uniones tribotécnicas que se caracterizan por bajas velocidades y grandes cargas (lubricación elastohidrodinámica o EHL). Durante la fricción mixta, las propiedades de los materiales, que constituyen la unión, juegan un papel de primer orden. La magnitud del coeficiente de fricción mixta varía entre 0,05 y

LEYES DE LA FRICCION METAL- METAL POR DESLIZAMIENTO

La fricción metal-metal presenta las siguientes características:

Es directamente proporcional al peso del elemento que desliza o rueda.

Es independiente del área aparente de las superficies de contacto. Es función del área efectiva, la cual es la suma de las zonas en contacto dadas por las irregularidades de ambas superficies. Por esta razón, el área de contacto no coincide en general con el área geométrica de las

superficies que se rozan.

No depende de la velocidad de deslizamiento.

Varía según la naturaleza de los materiales y del acabado superficial.

LEYES DE LA FRICCION METAL-MATAL POR RODADURA

Varía con la carga.

Es inversamente proporcional al diámetro del elemento rodante.

Es menor para superficies pulidas que para superficies rugosas

2.1 TIPOS DE ROZAMIENTO

Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción entre dos superficies en contacto a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra (fuerza de fricción cinética) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática). Las fuerzas de fricción son importantes en la vida cotidiana ya que nos permiten caminar y correr. Toda fuerza de fricción se opone a la dirección del movimiento relativo.

Como se ve en la figura 1 la fuerza F aplicada sobre el bloque de peso W =mg aumenta gradualmente, pero el bloque permanece en reposo. Como la aceleración es cero la fuerza aplicada es igual y opuesta a la fuerza de rozamiento estático Fe.

F=Fe

Figura 1. Creación de la fuerza de fricción Fe

La máxima fuerza de rozamiento corresponde al instante en el que el bloque está a punto de deslizar, esto es:

Femáx= μeN

Figura 3. Fuerza de rozamiento cinético Fk

Se puede investigar la dependencia de Fk con la fuerza normal N. Se ve que si se duplica la masa m del bloque que desliza colocando encima de éste otro igual, la fuerza normal N se duplica, la fuerza F con la que se tira del bloque se duplica y por tanto, Fk se duplica. De ese modo, la fuerza de rozamiento dinámico Fk es proporcional a la fuerza normal N.

Fk = μk N

La constante de proporcionalidad μk es un número sin dimensiones

que se denomina coeficiente de rozamiento cinético.

El valor de μk es casi independiente del valor de la velocidad para

velocidades relativas pequeñas entre las superficies, y decrece lentamente cuando el valor de la velocidad aumenta, figura 4.

El valor de μk es casi independiente del valor de la velocidad para velocidades relativas pequeñas entre las superficies, y decrece lentamente cuando el valor de la velocidad aumenta, figura 4.

2.1.3. VALORES DE LOS COEFICIENTES DE FRICCIÓN

Los coeficientes de rozamiento estático y dinámico dependen de las condiciones de preparación y de la naturaleza de las dos superficies y son casi independientes del área de la superficie de contacto, proporcionándose en la tabla 1, el valor de algunos de ellos.

No se tiene una idea perfectamente clara de la diferencia entre el rozamiento dinámico y el estático, pero se tiende a pensar que el estático es mayor que el dinámico, porque al permanecer en reposo ambas superficies, pueden aparecer enlaces iónicos, o incluso micro soldaduras entre las superficies. Éste fenómeno es tanto mayor cuanto más perfectas son las superficies. Un caso más o menos común es el del gripaje de un motor por estar mucho tiempo parado (no solo se arruina por una temperatura muy elevada), ya que al permanecer las superficies del pistón y la camisa durante largo tiempo en contacto y en reposo, pueden llegar a soldarse entre sí.

La explicación de que la fuerza de rozamiento es independiente del área de la superficie aparente de contacto es la siguiente.

La mayoría de las superficies, aun las que se consideran pulidas son extremadamente rugosas a escala microscópica. En la figura 5 los picos de las dos superficies que se ponen en contacto determinan el área real de contacto que es una pequeña proporción del área aparente de contacto (el área de la base del bloque). El área real de contacto aumenta cuando aumenta la presión (la fuerza normal) ya que los picos se deforman.

Figura 5. Superficies en contacto pequeñas

Los metales tienden a soldarse en frío, debido a las fuerzas de atracción que ligan a las moléculas de una superficie con las moléculas de la otra. Estas soldaduras tienen que romperse para que el deslizamiento se presente. Además, existe siempre la incrustación de los picos con los valles. Este es el origen del rozamiento estático.

Cuando el bloque desliza sobre el plano, las soldaduras en frío se rompen y se rehacen constantemente. Pero la cantidad de soldaduras que haya en cualquier momento se reduce por debajo del valor estático, de modo que el coeficiente de rozamiento cinético es menor que el coeficiente de rozamiento estático.

En la figura 6, la superficie más grande del bloque está situada sobre el plano. El dibujo muestra ahora que las deformaciones de los picos en contacto son ahora más pequeñas por que la presión es más pequeña. Por tanto, un área relativamente más pequeña está en contacto real por unidad de superficie del bloque. Como el área aparente en contacto del bloque es mayor, se deduce que el área real total de contacto es esencialmente la misma en ambos casos.

Ahora bien, las investigaciones actuales que estudian el rozamiento a escala atómica demuestran que la explicación dada anteriormente es muy general y que la naturaleza de la fuerza de rozamiento es muy compleja.

2.1.4. ROZAMIENTO ENTRE SUPERFICIES DE SÓLIDOS

A continuación se mencionan las Leyes de rozamiento para cuerpos sólidos.

• La fuerza de rozamiento es de igual dirección y sentido contrario al movimiento del cuerpo.

• La fuerza de rozamiento es prácticamente independiente del área de la superficie de contacto.

• La fuerza de rozamiento depende de la naturaleza de los cuerpos en contacto, así como del estado en que se encuentren sus superficies.

• La fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal que actúa entre las superficies de contacto.

• Para un mismo par de cuerpos, el rozamiento es mayor en el momento de arranque que cuando se inicia el movimiento.

• La fuerza de rozamiento es prácticamente independiente de la velocidad con que se desplaza un cuerpo sobre otro.

3. DESGASTE

Es consecuencia directa de del rozamiento metal-metal entre dos superficies y se define como el deterioro sufrido a causa de la intensidad de la interacción de sus rugosidades superficiales. El desgaste puede llegar a ser crítico, haciendo que las piezas de una máquina pierdan sus tolerancias y queden inservibles, causando costosos daños y elevadas pérdidas de producción.

3.1TIPOS DE DESGASTE

ADHESIVO. Se presenta cuando las irregularidades de una superficie interactúan directamente con las de otra, se adhieren y se soldán, dando lugar en la mayoría de los casos al desprendimiento de partículas.

Fig.Desgase adhesivosCausas:

Falta de aplicación de un lubricante.

Rompimiento de la película límite por agotamiento o por sobrecarga.

Un bajo nivel, viscosidad o presión del aceite en el sistema.

Un alto nivel, viscosidad o presión del aceite en el sistema.

Soluciones:

Cambiar el aceite dentro de las frecuencias normales. No sobre cargar los mecanismos. Mantener el nivel, viscosidad y presión del aceite.

ABRASIVO . Es el resultado de la presencia entre las superficies en movimiento relativo de partículas extrañas de igual o mayor dureza a la de los materiales que los conforman. Las partículas abrasivas se incrustan ellas mismas en una de las superficies y actúan como una herramienta de corte, removiendo material de la otra superficie

Causas:

Problemas de filtración

Presencia de partículas sólidas de igual o mayor tamaño al juegodinámico.

Presencia de partículas sólidas de menor tamaño al juego dinámico con incremento de la carga.

Las partículas sólidas provienen de algún otro tipo de desgaste o del medio ambiente.

CORROSIVO. Es el deterioro lento y progresivo de las superficies metálicas al estar presente sustancias ácidas que afectan la metalurgia de los mecanismos. Este tipo de desgaste también se puede presentar por vibraciones en el sistema, que interrumpen la película lubricante y hacen que la humedad del ambiente corroa las superficies.

Causas:

Intervalos de uso del aceite muy prolongado (aceite oxidado) Contaminación del aceite con ácidos o con agua. Vibraciones y humedad en el ambiente (maquinaria textil)

Soluciones:

Cambiar el aceite dentro del intervalo de vida útil. Utilizar el lubricante adecuado para condiciones de vibración y

humedad.

EROSIVO. Es causado por un fluido a alta presión y puede 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 pérdida de material puede ser significativa, provocando roturas por fatiga.

Causas: Alto nivel del aceite. Alta viscosidad del aceite. Alta presión del sistema. Partículas sólidas en el aceite fluyendo a alta presión.

Soluciones:

Mantener el nivel, la viscosidad y la presión del aceite en el sistemadentro del rango normal.

Implementar sistemas de filtración.

Cambiar el aceite con más frecuencia.

FATIGA SUPERFICIAL.

Se presenta como consecuencia de los esfuerzos cíclicos de tensión, compresión y esfuerzos cortantes sobre una superficie, los cuales dan como resultado grietas profundas de fatiga que causan finalmente la aparición de picaduras y escamas.

Causas: Es inevitable con el tiempo. Se puede incrementar con la presencia de partículas del mismo

tamaño o ligeramente más grandes que el juego dinámico y que no se adhiere a ninguna superficie en movimiento.

Soluciones:

Un proceso tribológico positivo. Mantener el aceite limpio.

POR CAVITACION. Tiene lugar cuando el aceite fluye a través de una región donde la presión es menor que la de su presión de vapor, esto hace que el aceite hierva y forme burbujas de vapor, las cuales son transportadas por el aceite hasta llegar a una región de mayor presión, donde el vapor regresa al estado líquido en forma súbita, generando fugas sobre las superficies metálicas que dan lugar a la aparición de picaduras y grietas.

Causas: Entrada de aire en el sistema de lubricación. Alta tendencia del aceite a formar espuma.

Soluciones:

Inspeccionar el sistema de lubricación.

Seleccionar correctamente el lubricante.

Incremento de la presión en el sistema o utilizando aceites conPresiones de vapor bajas a altas temperaturas.

POR CORRIENTES ELECTRICAS. Se presenta como consecuencia del paso de corrientes eléctricas a través de los elementos de una máquina, como en el caso de los rodamientos y cojinetes lisos en turbomaquinaria.

Causas:

Toma a tierra defectuosa (Motores eléctricos)

Corrientes parásitas (torbomaquinaria)

Soluciones: Inspeccionar la toma a tierra en equipos rotatorios.

POR DIFUSION. La difusión metálica puede ser un factor de desgaste a altas temperaturas. La difusión es un proceso de transferencia de masa, que se acelera al incrementarse la temperatura; por ejemplo, un proceso de maquinado implica el contacto íntimo entre el material de trabajo y la herramienta de corte a temperaturas que se aproximan algunas a veces a los 1100o C. Bajo estas condiciones la difusión es un mecanismo de desgaste significativo en la herramienta.

Causas: Altas temperaturas.

Soluciones:

Utilizar lubricante, refrigerante.

PROBLEMAS OCACIONADOS POR EL DESGASTE

Mayor consumo de repuestos por aumento en las reparaciones y en el mantenimiento.

Reducción en la producción por paros de maquinaria.

Vida útil más corta de la maquinaria.

En motores de combustión interna da lugar a pérdida de potencia, mayor consumo de combustible, etc.

Posibilidad de accidentes ante el peligro de rotura de piezas alsobrepasar los límites permisibles de diseño.

FORMAS DE REDUCIR EL DESGASTE

Utilizando los lubricantes más apropiados para la diferentes condiciones de operación.

Frecuencia de lubricación adecuada, con el fin de determinar loscambios de aceite y los reengrases correctos.

Buenos programas de mantenimiento preventivo, incluyendoprincipalmente la limpieza y/o el cambio de los filtros de aire y deaceite.

No sometiendo los equipos a condiciones diferentes a las de diseño.

4. Lubricación.

4.1. BREVE RECORDATORIO HISTÓRICO

El propósito de la lubricación es la separación de dos superficies con deslizamiento relativo entre sí de tal manera que no se produzca daño en ellas: se intenta con ello que el proceso de deslizamiento sea con el rozamiento más pequeño posible. Para conseguir esto se intenta, siempre que sea posible, que haya una película de lubricante de espesor suficiente entre las dos superficies en contacto para evitar el desgaste como se muestra en la figura 11.

El lubricante en la mayoría de los casos es aceite mineral. En algunos casos se utiliza agua, aire o lubricantes sintéticos cuando hay condiciones especiales de temperatura, velocidad, etc.

Históricamente, es interesante señalar que únicamente con la mejora de los procesos de fabricación de elementos metálicos (a partir de la revolución industrial) y el aumento de las velocidades de giro de ejes (por encima de las habituales de un carro o un molino) la lubricación hidrodinámica se convierte en el tipo normal de

lubricación y empieza a ser estudiada .La lubricación con grasas (lubricación límite) recibió una atención especial desde hace ya muchos años. Un gran número de famosos investigadores realizó experimentos sobre lubricación: Leonardo da Vinci (1508), Amontons (1699), Euler (1748), Coulomb (1809). Amontons y Coulomb hallaron que la fuerza de fricción F que hay que vencer para mover un cuerpo respecto a otro es proporcional a la carga normal aplicada P: es decir existe una constancia del cociente P/F, llamado coeficiente de fricción.

Los primeros trabajos sobre un eje con cojinetes trabajando en condiciones hidrodinámicas fueron realizados por Pauli (1849) y Hirn (1854).Estos trabajos fueron analizados por el científico ruso Petroff en 1883. Tower entre 1883 y 1885 demostró que se generaban en este tipo de cojinetes unas presiones elevadas: este hecho fue explicado en 1886 por Reynolds que demostró que era necesaria una forma convergente en la película para que se generara un aumento de presión.

Los experimentos de Tower resultaron claves en el desarrollo de esta teoría. Tower estaba encargado de estudiar la fricción en los soportes de los ejes de los carros de ferrocarril y de ver el mejor medio de lubricarlos. En el curso de una de sus investigaciones vio que uno de sus cojinetes parciales tenía un coeficiente de fricción muy bajo (4” de diámetro, 6” de longitud, arco de contacto 157º). Tower practicó un agujero en el apoyo tal como se ve en la figura 11 y vio que la presión que se generaba al girar el eje era elevada. Esto

le llevó a hacer un estudio de la distribución de presiones a lo ancho del cojinete.

Figura 11. Un eje y su cojinete

Lubricación es interponer entre dos superficies, generalmente metálica expuesta a fricción, una película fluida que las separe a pesar de la presión que se ejerza para juntarlas. La lubricación elimina el contacto directo de las superficies metálicas, impide su

desgaste y reduce al mínimo el rozamiento que produce pérdida de potencia.

IMPORTANCIA DE LA LUBRICACION

Los costosísimos y complicados equipos industriales que requieren laindustria moderna no podrían funcionar, ni siquiera unos minutos, sin elbeneficio de una correcta lubricación. El costo de ésta resulta insignificante comparado con el valor de los equipos a los que brinda protección. La utilización del lubricante correcto en la forma y cantidad adecuada ofrece entre otros los siguientes beneficios.

Reduce el desgaste de las piezas en movimiento.

Menor costo de mantenimiento de la máquina.

Ahorro de energía.

Facilita el movimiento.

Reduce el ruido.

Mantiene la producción.

FUNCIONES DE LOS LUBRICANTES

Los lubricantes deben rebajar al máximo los rozamientos de los órganos móviles facilitando el movimiento, pero además deben reunir propiedades tales como:

Soportar grandes presiones sin que la película lubricante se rompa.

Actuar como refrigerante.

Facilitar la evacuación de impurezas.

ELEMENTOS BASICOS QUE REQUIEREN LUBRICACION

Por complicada que parezca una máquina, los elementos básicos que requieren lubricación son:

1. Cojinetes simples y antifricción, guías, levas, ect.

2. Engranajes rectos, helicoidales, sin fin, etc., que puedan estar descubiertos o cerrados.

3. Cilindros como los de los compresores, bombas y motores de combustión interna.

4. Cadenas, acoples flexibles y cables.

4.2.

OBJETIVOS Y CAMPOS DE APLICACIÓN

El objetivo de la lubricación es reducir el rozamiento, el desgaste y el calentamiento de las superficies en contacto de piezas con movimiento relativo. La aplicación típica en ingeniería mecánica es el cojinete, constituido por muñón o eje, manguito o cojinete. Los principales campos de aplicación son:

Cojinetes del cigüeñal y bielas de un motor (vida de miles de km).

Cojinetes de turbinas de centrales (fiabilidad de 100%).

Los factores a considerar en diseño son técnicos y económicos:

Cargas aplicadas y condiciones de servicio.

Condiciones de instalación y posibilidad de mantenimiento.

Tolerancias de fabricación y funcionamiento; vida exigida.

Costo de instalación y mantenimiento.

El estudio de la lubricación está basado en la:

Mecánica de fluidos.

Termodinámica y transmisión de calor.

Mecánica de sólidos, materiales.

Tipos de Lubricación

El tipo de lubricación que cada sistema necesita se basa en la relación de los componentes en movimiento. Hay tres tipos básicos de lubricación: limítrofe, hidrodinámica, y mezclada. Para saber qué tipo de lubricación ocurre en cada caso, necesitamos saber la presión entre los componentes a ser lubricados, la velocidad relativa entre los componentes, la viscosidad del lubricante y otros factores. Desde hace relativamente poco tiempo se ha empezado a hablar de un cuarto tipo de lubricación: elasto-hidrodinámica, pero no la voy a mencionar ya que no aporta conceptos únicos y se usa solamente en aplicaciones de muy alta tecnología.

La Lubricación Limítrofe

Ocurre a baja velocidad relativa entre los componentes y cuando no hay una capa completa de lubricante cubriendo las piezas. Durante lubricación limítrofe, hay contacto físico entre las superficies y hay desgaste. La cantidad de desgaste y fricción entre las superficie depende de un número de variables: la calidad de las superficies en

contacto, la distancia entre las superficies, la viscosidad del lubricante, la cantidad de lubricante presente, la presión, el esfuerzo impartido a las superficies, y la velocidad de movimiento. Todo esto afecta la lubricación limítrofe.

La mayor cantidad del desgaste ocurre al prender el motor. Esto sucede por la baja lubricación limítrofe, ya que el aceite se ha "caído" de las piezas al fondo del cráter…produciendo contacto de metal-a-metal. Una vez que arrancó el motor, una nueva capa de lubricante es establecida con la ayuda de la bomba de aceite a medida que los componentes adquieren velocidad de operación.

En algún momento de velocidad crítica la lubricación limítrofe desaparece y da lugar a la Lubricación Hidrodinámica. Esto sucede cuando las superficies están completamente cubiertas con una película de lubricante.

Esta condición existe una vez que una película de lubricante se mantiene entre los componentes y la presión del lubricante crea una "ola" de lubricante delante de la película que impide el contacto entre superficies. Bajo condiciones hidrodinámicas, no hay contacto físico entre los componentes y no hay desgaste. Si los motores pudieran funcionar bajo condiciones hidrodinámicas todo el tiempo, no habría necesidad de utilizar ingredientes anti-desgaste y de alta presión en las fórmulas de lubricantes. Y el desgaste seria mínimo.

La propiedad que más afecta lubricación hidrodinámica es la viscosidad. La viscosidad debe ser lo suficientemente alta para brindar lubricación (limítrofe) durante el arranque del motor con el mínimo de desgaste, pero la viscosidad también debe ser lo suficientemente baja para reducir al mínimo la "fricción viscosa" del aceite a medida que es bombeada entre los metales (cojinetes) y las bancadas, una vez que llega a convertirse en lubricación hidrodinámica. Una de las reglas básicas de lubricación es que la menor cantidad de fricción innecesaria va a ocurrir con el lubricante de menor viscosidad posible para cada función específica. Esto es que cuanto más baja la viscosidad, menos

energía se desperdicia bombeando el lubricante.

La Lubricación Mezclada

Es exactamente eso: una mezcla inestable de lubricación limítrofe e hidrodinámica. Por ejemplo, cuando enciendes el motor (o cuando arranca un componente, si es otro equipo), la velocidad de los componentes aumenta velozmente y por una pequeña fracción de segundo se produce lubricación mezclada. En otras situaciones, cuando el esfuerzo y la velocidad de los componentes varía ampliamente durante el uso (durante manejo en montaña o en tráfico, por ejemplo) la temperatura puede hacer que el lubricante se "queme" más rápido y que así la lubricación hidrodinámica sea difícil de adquirir (ya que el lubricante ha perdido el beneficio de ciertos aditivos que se "quemaron"), dejando así el motor trabajando en una condición de lubricación mezclada, que producirá más desgaste.

LUBRICACIÓN ELASTO-HIDRODINÁMICA

A medida que la presión o la carga se incrementan, la viscosidad del aceite también aumenta. Cuando el lubricante converge hacia la zona de contacto, las dos superficies se deforman elásticamente debido a la presión del lubricante. En la zona de contacto, la presión hidrodinámica desarrollada en el lubricante causa un incremento adicional en la viscosidad que es suficiente para separar las superficies en el borde de ataque del área de contacto. Debido a esta alta viscosidad y al corto tiempo requerido para que el lubricante atraviese la zona de contacto, hacen que el aceite no pueda escapar, y las superficies permanecerán separadas.

La carga tiene un pequeño efecto en el espesor de la capa, debido a que a estas presiones, la capa de aceite es más rígida que las superficies metálicas. Por lo tanto, el efecto principal de un incremento en la carga es deformar las superficies metálicas e incrementar el área de contacto, antes que disminuir el espesor de la capa de lubricante.

FACTORES QUE AFECTAN LA LUBRICACION

El desempeño de un lubricante se ve afectado por varios factores. Los

principales en términos generales son:

1. Factores de operación:

Entre los factores de operación principales que afectan la lubricación tenemos:a. La carga.b. La temperatura.c. La velocidad.d. Posibles contaminantes.

2. Factores de diseño:

Entre los factores de diseño se pueden considerar entre otros:a. Materiales empleados en los elementos.b. Textura y acabado de las superficies.c. Construcción de la máquina.d. Métodos de aplicación del lubricante.

TIPOS O SISTEMAS DE LUBRICACION

a. Manual.b. Centralizada o automática.

TIPOS DE LUBRICANTES

De acuerdo a su estado los lubricantes se pueden clasificar así:

1. Gaseoso (aire)

2. Líquidos (aceite)

3. Semi-sólidos (grasas)

4. Sólidos, Por ejemplo: (Bisulfuro de molibdeno, grafito, talco)

SEGÚN SU NATURALEZA LOS LUBRICANTES SE CLASIFICAN:

1. VEGETALES:

Extraídos de las plantas y frutos, poco usados en la lubricación industrial pues comparados con los lubricantes minerales quedan en gran desventaja en lo que respecta al poder lubricante. Se les da mayor utilización en los alimentos. Podemos citar entre otros: Los aceites de oliva, soya, maíz, coco, algodón, higuerilla, etc.

2. ANIMALES:

Son extraídos de la lana, de los huesos y tejidos adiposo de los animales terrestres y marinos. También son poco usados en la lubricación industrial, se les utiliza en procesos industriales. Por ejemplo, en la fabricación de jabones. Entre los más conocidos citaremos: La lanolina, la manteca de cerdo, el aceite de ballena, etc.

3. MINERALES:

Los lubricantes minerales por sus características son los más utilizados en la industria. Se pueden clasificar así:

a. Los derivados de los hidrocarburos, del petróleo, del carbón de piedra.

b. Los lubricantes sólidos como; el bisulfuro de molibdeno, el grafito, eltungsteno, el talco y otros.

ELABORACION DE LUBRICANTES A PARTIR DE CRUDOS DEPETROLEO

La palabra petróleo está formada por “Petra” piedra y “Óleum” aceite, esto es aceite de piedra y lo componen en su mayor porcentaje hidrocarburos, contienen además, en pequeños porcentajes oxígeno, nitrógeno, azufre, etc. Se encuentra una gran variedad de petróleos crudos y se puede decir que no existen en el mundo dos pozos que contengan petróleo crudo de igual composición química, pero en forma general se han agrupado según la base predominante, esto es:

Base parafínica

Base nafténica o asfáltica

Base mixta (parafínica- nafténica)

Estructura Básica de los Lubricantes

La mayoría de los lubricantes son derivados de hidratos de carbono (hidrocarburos). Hay lubricantes basados en otras químicas, pero en general son para usos muy especializados, donde lubricantes comunes no se pueden usar.

La materia prima para lubricantes puede ser derivada de grasas y aceites animales, vegetales o aceites crudas (petróleo). Como verán, no he listado los lubricantes sintéticos por separado, ya que los lubricantes sintéticos son basados en las mismas materias primas. Increíble, no? Sigan leyendo… Sea el tipo de lubricante que sea, siempre se empieza con la “base”. La base se prepara con un proceso de refinado. El refinado es una especie de destilación de elementos componentes de la materia prima que son evaporados a distintas temperaturas y condensados en distintos receptáculos. A este lubricante básico se le agregan aditivos antioxidantes y anticorrosivos. Estos aditivos son absolutamente necesarios en todos los lubricantes base o básicos para brindar resistencia a la corrosión a los metales con los que el lubricante va a estar en contacto y resistencia a la oxidación para el lubricante mismo. La oxidación es muy común entre los aceites, y es fácilmente reconocida, por ejemplo, en la cocina de casa (la manteca y otras cosas que contienen aceite y se ponen rancias). Todos los lubricantes base eventualmente se oxidan y se degradan. Esto es lo que hace que la grasa vieja se oscurezca y se endurezca. Los aditivos son importantísimos y esenciales para brindar durabilidad y consistencia a los lubricantes.

Una vez que el lubricante base ha sido combinado con los dos aditivos mencionados anteriormente (anti-óxido y anti-corrosión), cosa que se hace inmediatamente después de refinarse, se la agrega un segundo “paquete” de aditivos. Este paquete provee a cada lubricante sus características. Lo que es interesante saber es que la

materia prima afecta la calidad final tanto como cada uno de los aditivos que integran la mezcla. Una materia prima de baja calidad va a pasar los requerimientos legales para la venta, pero se va a degradar mucho más rápido que un lubricante hecho con los mismos aditivos pero con una mejor materia prima. A su vez, una buena materia prima combinada con aditivos de baja calidad va a producir un lubricante que no posee todo su “potencial”.

ACEITES LUBRICANTES

En la actualidad los aceites se derivan del petróleo. El petróleo crudo es esencialmente una mezcla de gasolina, kerosene, aceite combustible y Diesel, fracciones lubricantes, asfalto y gas natural disuelto. Estos productos a su vez son mezclas a menudo de miles de compuestos diferentes, cada uno de los cuales hierve a una temperatura definida.

Para aplicaciones en las cuales las condiciones son extremadamente severas, los aceites de petróleo se refuerzan a menudo con la adición de ciertos agentes especiales (aditivos). La elección del lubricante adecuado es de suma importancia puesto que se tienen numerosos puntos para considerar en vista del servicio que se debaprestar.

Si tomamos como referencia lo concerniente al coeficiente de fricción debe observarse:

La viscosidad y hasta cierto punto que de sus propiedades depende la facultad de un aceite para quedar entre dos superficies en movimiento.

Con el aumento de temperatura se reduce la viscosidad y viceversa.

Con una película completa de espesor constante crece la fricción líquida a medida que aumenta la velocidad del movimiento.

Para elegir en cada caso el lubricante adecuado se dispone de aceites de petróleo que varían en viscosidad, punto de ebullición, estabilidad química y otras características ya que todo lubricante debe:

Humedecer las superficies que necesitan lubricación.

Poseer la viscosidad adecuada.

No evaporarse excesivamente en el servicio.

No ser perjudicial a las sustancias con las que se pone en contacto y no tener tendencia a formar goma, barniz, sedimento y otros materiales que puedan estorbar su acción propia.

Poseer tal estabilidad contra las alteraciones químicas, que ninguna de las propiedades mencionadas se haga insuficiente en el servicio.

El aceite lubricante o simplemente “aceite” es una compleja mezcla de hidrocarburos que representa una de las clasificaciones más importantes de productos derivados de la refinación del petróleo crudo, encontrándose una gran variedad tanto de tipos como de grados.

Una de las propiedades más importantes y toda la historia de lalubricación gira alrededor de ella, es la viscosidad.

LA VISCOSIDAD de un fluido es su resistencia a fluir libremente. Fluidos espesos como la melaza tienen alta viscosidad porque no fluyen con rapidez. Fluidos delgados como el agua, fluyen rápidamente y tienen bajas viscosidades

4.5. VISCOSIDAD

La viscosidad es la resistencia que opone el aceite a fluir libremente. La viscosidad es una de las propiedades más importantes de un aceite lubricante. Es uno de los factores responsables de la formación de la capa de lubricación, bajo distintas condiciones de espesor de esta capa. La viscosidad afecta la generación de calor en rodamientos, cilindros y engranajes debido a la fricción interna del aceite. Esto afecta las propiedades sellantes del aceite y la velocidad de su consumo. Determina la facilidad con la que las máquinas se pueden poner en funcionamiento a varias temperaturas, especialmente a las bajas. La operación satisfactoria de una dada pieza de un equipo depende fundamentalmente del uso de un aceite con la viscosidad adecuada a las condiciones de operación esperadas.

VISCOSIDAD DINAMICA

El concepto básico de la viscosidad se muestra en la figura, donde una placa se mueve a una velocidad constante V sobre una capa de aceite. El aceite se adhiere a ambas caras de las placas, la móvil y la estacionaria. El aceite en contacto con la cara de la placa móvil viaja a la misma velocidad que ésta, mientras que el aceite en contacto con la placa estacionaria tiene velocidad nula. Entre ambas placas, se puede visualizar al aceite como si estuviera compuesto por muchas capas, cada una de ellas siendo arrastrada por la superior a una fracción de la velocidad V, proporcional a su distancia de la placa estacionaria. Una fuerza F debe ser aplicada a la placa móvil para vencer a la fricción entre las capas fluidas. Dado que esta

fricción está relacionada con la viscosidad, la fuerza necesaria para mover la placa es proporcional a laviscosidad. La viscosidad se puede determinar midiendo la fuerza necesaria para vencer la resistencia a la fricción del fluido en una capa de dimensiones conocidas. La viscosidad determinada de esta manera se llama dinámica o absoluta.

La viscosidad dinámica normalmente se expresa en poise (P) o centipoise (cP, donde 1 cP = 0,01 P), o en unidades del Sistema Internacional como pascales segundo (Pa-s, donde 1 Pa-s = 10 P). La viscosidad dinámica, la cual es función sólo de la fricción interna del fluido, es la cantidad usada más frecuentemente en el diseño de cojinetes y el cálculo de flujo de aceites.

Figura 12. Representación esquemática de la resistencia del fluido

τ=μ dudy

dudy

=Uh

=cste

τ= FA

La fuerza aumenta con el área y la velocidad

F=μ . A . Uh

Las unidades con las que se expresa la viscosidad absoluta μ son las siguientes:

N.s/ m2 = Pa.s

libras.s / in2 = Reynolds

dina.s / cm2 = Poise

1 Reynolds = 6.9 106 centipoises.

La expresión de la resistencia interna del fluido al desplazamiento es la viscosidad (ley de Newton):

τ=μ dudy

Se explica a partir de la figura 12, suponiendo flujo laminar y que el fluido en contacto con las placas tiene la velocidad de éstas.

El método estándar ASTM para determinar la viscosidad emplea un Viscosímetro Saybolt Universal (VSU). Se mide el tiempo t que tardan 60 ml de lubricante a una temperatura en escurrir por un tubo de 17.6 mm de diámetro y 12.25 mm de longitud. Aplicando la ley de Hagen-Poiseuille se hallan las siguientes relaciones:

Viscosidad dinámica (Pa.s)

μ=ρ. v

VISCOSIDAD CINEMATICA

Debido a que es más conveniente medir la viscosidad de manera tal que tenga en cuenta la densidad del aceite, para caracterizar a los lubricantesnormalmente se utiliza la viscosidad cinemática. La viscosidad cinemática de un fluido es su viscosidad dinámica dividida por su densidad, ambos medidos a la misma temperatura, y expresada en unidades consistentes. Las unidades más comunes que se utilizan para expresar la viscosidad cinemática son: Stokes (St) o centistokes (cSt, donde 1 cSt = 0,01 St), o en unidades del SI como milímetros cuadrados por segundo (mm2/s, donde 1 mm2/s = 1 cSt). La viscosidad dinámica en centipoise se puede convertir en viscosidad cinemática en centistokes dividiéndola por la densidad del fluido en gramos por centímetro cúbico (g/cm3) a la misma temperatura. La viscosidad cinemática en milímetros cuadrados por segundo se puede convertir en viscosidad dinámica en pascal-segundos multiplicando por la densidad en gramos por centímetro cúbico y dividiendo el resultado por 1000.

Viscosidad cinemática (m 2 / s )

v=0.22 . (VSU )− 180(VSU )

4.5.1. Efecto de la temperatura en la viscosidad:

La viscosidad disminuye con la temperatura. Se utiliza el índice de viscosidad (VI) y se compara con aceites de susceptibilidades térmicas muy pequeñas y muy grandes.

Para determinar el índice VI de un aceite se sigue el procedimiento de la figura 13 . Se toman aceites con VI=0 y VI=100 que tengan la misma viscosidad a 100ºC que el aceite problema.

Figura 13. Esquema para calcular el índice VI de una aceite

VI= L− yL−H

∗100

MEDICION DE LA VISCOSIDAD

Los procedimientos y el equipo para medir la viscosidad son numerosos.Algunos emplean los principios fundamentales de la mecánica de fluidos para tener la viscosidad en sus unidades básicas.

Viscómetro de tambor giratorio

VISCO ELITE

Se hace girar el tambor exterior a una velocidad angular constante, mientras que el tambor interior se mantiene estacionario, el fluido que está en contacto con el tambor giratorio tiene una velocidad lineal, conocida, mientras que el fluido que está en contacto con el tambor interior tiene una velocidad cero.

μ=τ ¿

Viscómetro de tubo capilar

Lo constituyen dos recipientes conectados por un tubo largo de diámetropequeño.

μ=( P 1−P 2 ) D2

32 vL

4.6. GRADOS DE ACEITE

Existen dos tipos de aceites para motores automotrices: los monogrado y los multigrado. El aceite "multigrado", como el caso de 10W-30, está diseñado para que tenga las características de fluidez, en temperaturas bajas, de un aceite 10W combinadas con la viscosidad adecuada a la temperatura operacional del motor de un aceite de grado SAE 30. El sufijo "W" en los aceites multigrados indica que el aceite es apropiado para uso invernal (a temperaturas menores de 30ºF/0ºC). Asegúrese de consultar el manual del propietario del vehículo para escoger la viscosidad correcta.

4.6.1. Viscosidad de los lubricantes

La viscosidad es la propiedad del aceite que gobierna cual de las lubricaciones estará presente: si la de limite o la de película. Sin embargo, la viscosidad del aceite a la temperatura de prueba de la tabla, podrá no reflejar las condiciones de funcionamiento cuando el aceite es requerido para lubricar un motor a -29 ºC al arrancar, así como para lubricarlo a temperaturas arriba de 93 ºC cuando funciona a plena carga.

Los aceites reales tienen baja viscosidad a altas temperaturas y altas viscosidades a bajas temperaturas.

GRADOS DE VISCOSIDAD SAE

La Sociedad de Ingenieros automotrices (SAE) ha desarrollado un sistema de valoración en aceites para motor y lubricantes de engranajes y de ejes que indica la viscosidad de los aceites a temperaturas específicas. Los aceites que tienen el sufijo W deben tener viscosidades cinemáticas en los intervalos indicados a 100º C. Los aceites de multiviscosidad, como el SAE 10W – 30, deben cumplir con las normas en las condiciones de baja y de alta temperaturas. La especificación de valores de viscosidad máxima a baja temperatura para aceites está relacionada con la capacidad del aceite para fluir hacia las

superficies que necesitan lubricación, a las velocidades de motor que se alcanzan durante el inicio del funcionamiento a bajas temperaturas. La viscosidad de bombeo indica la capacidad del aceite para fluir hacia la entrada de la bomba de aceite de un motor.

Las especificaciones del intervalo de viscosidades a altas temperaturas se relacionan con la capacidad del aceite de proporcionar una película de aceite satisfactoria para llevar las cargas esperadas mientras no se tenga una viscosidad excesivamente alta que pudiera aumentar la fricción y las pérdidas de energía generadas por las partes en movimiento.

GRADOS DE VISCOSIDAD ISO

Los lubricantes que se utilizan en aplicaciones industriales deben estardisponibles en un amplio intervalo de viscosidades, para cumplir con las

necesidades de maquinaria de producción, cojinetes, accionadores deengranajes, máquinas eléctricas, ventiladores y sopladores, sistemas depotencia de fluido, equipo móvil y muchos otros dispositivos. Los diseñadores de tales sistemas deben asegurarse de que el lubricante puede soportar la temperatura a las que se le va a someter mientras desarrollan una capacidad suficiente de traslado de peso. Por consiguiente se tiene necesidad de una amplia variedad de viscosidades.

Para cumplir con tales requerimientos y seguir teniendo un cierto número de opiniones manejables y económicas, la Norma ASTM D2422, clasificación estándar de lubricantes fluidos industriales por sistema de viscosidad, define un conjunto de 18 grados de viscosidad ISO. La designación estándar incluye el prefijo ISO VG seguido por un número que representa la viscosidad nominal en cSt (mm2 /s) para una temperatura de 40ºC.

4.6.2. Características API

La clasificación API (Instituto Americano del Petróleo) de dos letras identifica el tipo de motor y calidad del aceite. La primera letra indica el tipo de motor para el cual el aceite está diseñado. La segunda letra indica el nivel de calidad API. Cuanto mayor es la letra alfabéticamente, más avanzado es el aceite y por lo tanto mayor es la protección para el motor. Por ejemplo, el aceite SH puede usarse en cualquier motor que requiera un aceite SB, SF, SG, etc

CARACTERISTIAS DE LOS LUBRICANTES

1. VISCOSIDAD:

La característica más importante de los aceites.

2. INDICE DE VISCOSIDAD: I.V.

E índice de viscosidad es el valor que indica la variación de la viscosidad de un aceite frente a la acción de la temperatura. Para hallar el índice deviscosidad se compara la variación de viscosidad que ha sufrido un aceite a dos temperaturas distintas y fijas, casi siempre 100ºF (38ºC) y 210ºF (99ºC) Se ha establecido una escala convencional que va de 0 a 100, donde los aceites que tiendan a 0 representan los de mayor variación y son poco estables y los cercanos a 100 son los más estables.Se han logrado por medio de aditivos, índices de viscosidad superiores a 100 y se consideran estos aceites como inafectables por la temperatura. Para uso automotriz se deben utilizar I.V. superiores a 85.

3. UNTUOSIDAD:

Se entiende por untuosidad la adherencia del aceite a las superficies a lubricar. Es una propiedad de acción física, la cual, aunque siempre es de interés, tiene su máximo exponente en la lubricación de motores de vehículos y de cojinetes sometidos a frecuentes paradas y arrancadas.

5. PUNTOS DE FLUIDEAZ Y CONGELACION:

El punto de fluidez es aquella constante que indica cuál es la mínimatemperatura a la que fluye el aceite por los circuitos de lubricación, es decir el aceite a bajas temperaturas se va volviendo más viscoso, hasta que llega el momento en que deja de fluir. Esta característica se debe tener en cuenta principalmente en aceites que van a lubricar mecanismos que

trabajan a bajas temperaturas, por ejemplo máquinas frigoríficas.

Si se continúa enfriando el aceite, casi inmediatamente se produce lacongelación total, punto éste que se conoce como congelación.

6. PUNTO DE INFLAMACION Y COMBUSTION:El punto de inflamación de un aceite lo determina la temperatura mínima a la cual los vapores desprendidos por un aceite se inflaman en presencia de una llama o chispa que va saltando casi de un modo continuo. El punto de inflamación tiene una importancia vital en aquellos mecanismos donde el aceite trabaja a elevadas temperaturas; por ejemplo, motores de combustión interna en los que se requieren puntos de inflamación superiores a 215ºC. En cambio para lugares donde la temperatura sea la ambiental o ligeramente superior, esta característica no tiene interés alguno, ya que todos los aceites superan en mucho a dicha temperatura. Si se prosigue calentando el aceite al llegar a una temperatura de 20º o 30ºC superior al punto de inflamación, los vapores desprendidos ya no arden momentáneamente, sino de un modo continuado; este fenómeno se conoce con el nombre de punto de combustión.

7. ACIDEZ:Es el porcentaje de ácidos libres que un aceite contiene. Dichos ácidos siempre son perjudiciales tanto para el lubricante como para los metales con los que están en contacto. No es aceptable un aceite que arroje un porcentaje de acidez superior al 0,25%.Una de las formas de definir la acidez o alcalinidad de una materia es por la escala PH que va numerada desde 0 hasta 14, 14; en esta escala hay un punto intermedio de 7,07 que corresponde al agua destilada, o sea, el neutro. De este punto neutro hacia abajo se encuentran los ácidos a menor número de pH, más concentración ácida y los pH superiores indican los alcalinos, a mayor número de pH, más elevada concentración alcalina. Materias con un pH de 0,5 o 1 son los ácidos enérgicos como el sulfúrico, nítrico, clorhídrico, fosfórico, fluorhídrico.

Materias con un pH de 13,5 o 14 son soluciones alcalinas del estilo de la sosao potasa cáustica.

8. INDICE DE ACIDEZ:

Entiéndase por número o índice de acidez el número de miligramos de potasa cáustica (K 0H) necesarios para neutralizar la acidez libre de un gramo de grasa o aceite.

9. PORCENTAJE EN CENIZAS:

Las impurezas (ceniza y azufre) siempre son indeseables en los aceites. En la mayor parte de los casos, proceden de los alcalis utilizados en la refinación y que no han sido después completamente eliminados, o bien provienen de desprendimiento de impurezas o costras de los conductos por los que atraviesa durante todo el ciclo. Los aceites con porcentajes de cenizas superiores a un 0,02% no son recomendables para lugares finamente ajustados y revolucionados.

10. RESIDUO CARBONOSO

El residuo carbonoso es la tendencia a la formación de carbón en los aceites que han de trabajar n lugares que, por su alta temperatura se queman. Los porcentajes de carbón admisibles en los aceites lubricantes son de 0.1 hasta 0.9%.

TIPOS DE ACEITE

Los aceites lubricantes derivados del petróleo están clasificados en unavariedad muy amplia, de acuerdo con el servicio al que se han de aplicar.Algunos de ellos, se destinan virtualmente a usos especiales, mientras que otros pueden emplearse con éxito en una variedad tan extensa de maquinaria, que se convierten en productos de aplicación múltiple.

Nos interesa conocer básicamente lo relativo a las clasificaciones siguientes.

Aceites para sistemas de circulación. Aceites para engranajes. Aceites para maquinaria o para motores. Aceites para husillos. Aceites para refrigeración. Aceites para cilindros de máquinas a vapor. Aceites circulatorios

Probablemente son estos los lubricantes de más alta calidad que se pueden obtener en la actualidad.

Aceites para lubricación de turbinas de vapor. Aceites para usos hidráulicos. Aceites para sistemas circulatorios en trenes de

laminación. Aceites para sistemas circulatorios para maquinaria

papelera. Aceites para servicio pesado, motores de combustión

interna.

ELECCION DE UN ACEITE LUBRICANTE EN CUANTO A LAVISCOSIDAD

Los factores que afectan fundamentalmente la lubricación con un aceite en cuanto a su viscosidad son:

1. VELOCIDAD:

La velocidad tiende a producir la cuña de aceite que protege los mecanismos, es decir siempre que la velocidad sea ELEVADA hay una mejor facilidad para formarse la cuña de aceite y por lo tanto usamos un aceite ligero (de baja viscosidad). Además existe un menor fricción fluida (la que se forma entre películas) y una menor pérdida de potencia.Por el contrario, cuando la velocidad es baja, la deficiencia en la formación de la cuña de aceite debe ser suplida mediante un aceite más viscoso, es decir que presente dificultad para romperse la película de aceite.

2. CARGA O PRESION:

Cuando existe una carga pesada, esta tiende a unir las dos superficies en movimiento. Una mayor viscosidad del lubricante soportará mejor la acción de esa carga pesada. Por el contrario si se trata de un cojinete pequeño, que lleva una carga muy pequeña, será indispensable un aceite de baja viscosidad, para permitir el libre movimiento de las partes y menor pérdida de potencia por fricción fluida.

3. TEMPERATURA:

La temperatura influye directamente modificando la viscosidad de los aceites. Todo lubricante al ser calentado sufre una disminución de viscosidad, el enfriamiento produce el efecto contrario.

Al seleccionar un lubricante deberá tenerse en cuenta la temperatura ambiente o de operación; si el ambiente es caliente, se deberá lubricarsecon aceites de baja viscosidad.

GRASAS LUBRICANTES

Las grasas lubricantes son aceites minerales espesados con jabones. El jabón actúa como base o soporte del aceite. Tanto las propiedades de la base como del aceite lubricante, así como las proporciones de cada uno de estos componentes, proporcionan las características físico-químicas que son las que determinan el uso y aplicaciones de cada tipo.

CARACTERISTICAS DE LAS GRASASLas principales características de las grasas son:

1. CONSISTENCIA:Es el grado de dureza o resistencia a la penetración. Generalmente depende de los elementos que la componen, de

la cantidad, y del proceso de elaboración. La consistencia se mide con el Penetrómetro.El ensayo se reduce a dejar el Penetrómetro sobre la superficie de la grasa, sin más fuerza que la de su propio peso y durante 25 seg. Se observa en la carátula lo que ha penetrado en décimas de milímetro. Esta prueba se realiza a una temperatura estándar de 25ºC.

2. ESTABILIDAD:

La estabilidad de una grasa es la constante que determina el comportamiento del producto en lo referente a la separación del jabón y del aceite ante las duras agresiones de temperatura, velocidad y presión, que deben soportar durante su trabajo o bien durante el almacenamiento prolongado. El fenómeno de no estabilidad se aprecia por la formación de una capa superficial de aceite líquido sobre la masa total de la grasa. Son poco estables las grasas a base de calcio.

3. REVERSIBILIDAD:

Se entiende por reversibilidad en una grasa la propiedad de recuperar suestructura primitiva una vez separados el aceite y el jabón por acción de su elevada temperatura y velocidad. Es casi una propiedad imprescindible en las grasas destinadas a la lubricación de rodamientos.

4. PUNTO DE FUSION Y DE GOTA:

Es la temperatura en la cual una grasa deja de compenetrarse como tal y se transforma en un aceite y un jabón ambos por separado. Si se prosigue calentando la fluidificación se irá incrementando hasta que se desprenda una gota.

5. ADHERENCIA O PEGAJOSIDAD:

La adherencia o pegajosidad de una grasa la determina casi exclusivamente la clase de jabón empleado. Las grasas fibras presentan mayor adherencia que las mantequillosas. Esta propiedad es importante cuando se trata de engrasar sistemas muy revolucionados (giratorios).

SELECCIÓN DE LUBRICANTES

ACEITE CONTRA GRASAS:

El uso de uno u otro dependerá más o menos, del diseño del cojinete, de las condiciones de trabajo y del tipo de máquina que se va a lubricar.

VENTAJAS DE LAS GRASAS

1. La frecuencia de lubricación es usualmente menor cuando se usa grasa que cuando se usa aceite. Esto hace a la grasa ideal para puntos de lubricación de difícil acceso.

2. La grasa es menos propensa a derramarse del alojamiento de un cojinete, por su naturaleza plástica, especialmente en lugares poco cubiertos.

3. Usualmente se necesita menos grasa para la buena lubricación de uncojinete que la que se necesitaría en el caso de usarse aceite.

4. La grasa actúa como un sello contra el polvo, la suciedad y el agua.VENTAJAS DE LOS ACEITES:

1. El aceite se adapta más a todas las partes de una máquina, como cojinetes engranajes y correderas.

2. El aceite es más fácil de manipular en el vaciado y llenado de cárteres o depósitos cerrados. Por ejemplo: Caja de velocidades.

3. Es más fácil controlar la cantidad correcta de lubricante en un cojinetecuando se utiliza aceite.

4. El aceite es más adecuado para una escala amplia de temperatura ycondiciones de operación. Si debido a las altas temperaturas de operación se requiere el enfriamiento del aceite podemos usar un sistema circulatorio de aceite, o serpentines de enfriamiento.

5. Los aceites ofrecen una escala más amplia de viscosidad a elegir para un campo más amplio de velocidades y cargas a soportar que con las grasas.

6.Es posible un campo más amplio de elección de métodos de aplicación con el aceite que con las grasas. En la siguiente grafica se indica la cantidad de aceite o grasa a suministrar cuando se trata de lubricar rodamientos. Cuando se utiliza aceite, el nivel del aceite debe llegar hasta la mitad del rodillo o bola mas baja. Si se utiliza grasa se aplica una cantidad aproximada de ¼ a 1/3 del volumen de la cavidad disponible.