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• Yanela Cojal Rodriguez

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CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE LUBRICANTES

FREDY O. CACERES GUERRERO

Fredy Omis Cáceres Guerrero

CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE LUBRICANTES

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CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE LUBRICANTES

FREDY O. CACERES GUERRERO

Hecho el Depósito Legal en la Biblioteca Nacional del Perú N° 2009 -12890 ISBN: 978-612-00-0101-1

Titulo

: CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE LUBRICANTES

Autor - Editor

: Fredy Omis Cáceres Guerrero

Domicilio

: Pasaje Guillermo Leguía N° 114 San Borja

Numero de edición: Primera edición Lugar

: Lima

Fecha

: Octubre 2009

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CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE LUBRICANTES

FREDY O. CACERES GUERRERO

Contenido Prefacio………………………………………………………… CAPITULO 1………………………………………………………………. Información técnica básica…………………………………………………… 1.1 La tribología………………………………………………………………….. 1.2 Fricción………………………………………………………………………. 1.3 Estados de la fricción………………………………………………………... 1.4 Leyes de fuerza de fricción…..…………………………………………….. 1.5 Fuerzas de fricción………………………………………………………….. 1.6 Tipos de coeficientes de fricción ………………………………………….. 1.7 Tipos de fricción …………………………………………………………….. 1.8 Consecuencias de la fricción……………………………………………….. 1.9 El desgaste…………………………………………………………………… CAPITULO 2……………………………………………………………………… Principios de lubricación……………………………………………………… 2.1 Lubricación…………………………………………………………………… 2.2 Regímenes de lubricación…………………………………………………... 2.3 Estudio de lubricación………………………………………………………. 2.4 Utilidad del estudio…………………………………………………………... 2.5 Etapas del estudio de lubricación………………………………………….. CAPITULO 3……………………………………………………………………… Lubricantes para motores de combustión interna……………………….. 3.1 Funciones del sistema de lubricación ……………………………………. 3.2 Características de un buen lubricante …………………………………… 3.3 Lubricantes para motores Diesel ………………………………………….. 3.4 Lubricante para motores a gasolina ………………………………………. 3.5 Lubricantes para motores a GNV, GLP …………………………………... 3.6 Lubricantes para motores a Biodiesel ……………………………………. 3.7 Criterios para la selección de lubricantes ………………………………… CAPITULO 4 …………………………………………………………………….. 4.1 Tipos de engranajes y su lubricación …………………………………….. 4.2 Métodos de lubricación de los engranajes ……………………………….. 4.3 Lubricación de engranajes encerrados …………………………………… 4.4 Funciones y propiedades de los aceites lubricantes para engranajes Encerrados …………………………………………………………………... 4.5 Factores que determinan la selección del lubricante apropiado ………. 4.6 Lubricación de engranajes abiertos ……………………………………….

7 8 8 9 10 11 13 14 17 19 20 22 22 23 23 24 30 31 32 35 36 37 38 46 60 62 64 65 69 70 73 77 78 79 80 3

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CAPITULO 5 …………………………………………………………………….. Lubricantes para los sistemas hidráulicos ……………………………………. 5.1 Ventajas de los sistemas hidráulicos……………………………………… 5.2 desventajas de la hidráulica en las maquinas …………………………… 5.3 características de los lubricantes para sistemas hidráulicos …………… 5.4 Campo de aplicación de los sistemas hidráulicos………………………. CAPITULO 6……………………………………………………………………… Grasas Lubricantes …………………………………………………………….. 6.1 ¿Qué es una grasa?................................................................................ 6.2 Componentes de una grasa ……………………………………………….. 6.3 Propiedades de una grasa ………………………………………………… 6.4 Clasificación de las grasas………………………………………………... 6.5. Criterios de selección de grasas …………………………………………. CAPITULO 7 …………………………………………………………………….. Lubricantes para la industria alimentaría…………………………………. 7.1 Tipos de lubricantes aprobados ………………………………………….. 7.2 Categoría de los lubricantes………………………………………………. 73 Lubricantes aprobados …………………………………………………….. 7.4 Selección de maquinaria que requieren lubricantes de uso alimentario 7.5 Análisis de riesgos y puntos críticos de control ………………………….. CAPITULO 8 …………………………………………………………………….. 8.1 Almacenamiento a la intemperie……………….. ………………………… 8.2 almacenamiento bajo techo ……………………………………………….. 8.3 Apilamiento de cilindros……………………………………………………. 8.4 Manipulación de cilindros………………………………………………….. 8.5 Almacenamiento de aceite a granel ………………………………………. 8.6 Almacenamiento de grasas ………………………………………………... 8.7 Precauciones contra incendio ……………………………………………... Referencias……………………………………………………………………… Anexo A………………………………………………………………………….. Anexo B………………………………………………………………………….. Anexo C …………………………………………………………………………. Anexo D …………………………………………………………………………. Anexo E …………………………………………………………………………. Anexo F…………………………………………………………………………..

82 83 83 83 84 91 92 93 93 94 99 109 111 114 115 116 118 119 120 121 124 125 128 128 129 132 132 133 134 136 137 138 139 140 141

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“No tiene sentido decir que hacemos Lo mejor que podemos. Tienes que lograr hacer lo que es necesario” Winston Churchill

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DEDICATORIA

A mis amados hijos: Fredy, Aldo, José y Fred A mi amada hija Elka y A mí querida esposa Patricia.

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Prefacio

En todas las actividades productivas donde existe la presencia de maquinas y/o equipos se va necesitar en los planes de mantenimiento contar con algún tipo de lubricante, cuya aplicación va depender del tipo y condición de trabajo que realiza cada una de ellas. Los aspectos económico-administrativos derivados del uso agropecuario de la maquinaria agroindustrial constituyen el complemento necesario para la cabal comprensión y proyección de la operación de las maquinas, para ello los responsables de los talleres deben ser capaces de conocer los principios fundamentales del mantenimiento y los criterios para la selección de los diferentes lubricantes. Como en nuestro medio no se encuentran textos explícitos sobre el tema de selección de lubricantes se ha creído conveniente realizar la compilación de los aspectos mas importantes de las literaturas técnicas referidas al tema; así como los aspectos de la experiencia del autor, por haberse desempeñado como asesor técnico de una empresa distribuidora de una prestigiosa línea de lubricantes. El texto se ha dividido en 7 capítulos para un mejor entendimiento. El Capitulo 1, contiene la información técnica básica y las generalidades referentes a la fricción y sus causas, con la finalidad de entender la problemática de su presencia dentro de las máquinas. En el Capitulo 2, comprende la teoría de los principios de lubricación. El Capitulo 3, trata de los lubricantes para los motores de combustión interna. El Capitulo 4, comprende los lubricantes para engranajes. El Capitulo 5, trata de los lubricantes para los sistemas hidráulicos. El capitulo 6, comprende el estudio de las grasas; el Capitulo 7, se refiere a los lubricantes para la industria alimentaria, los mismos que se usan en las plantas agroindustriales de trasformación de productos alimentarios y el capitulo 8 trata del almacenamiento y manipulación de los lubricantes.

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CAPÍTULO 1 INFORMACION TÉCNICA BÁSICA

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1.1

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La Tribología

La tribología es la ciencia que estudia la fricción, el desgaste y la lubricación de superficies en contacto. El término deriva de la palabra griega tribos, frotar o rozar", y logia que viene a ser ciencia, por tanto la traducción literal será “la ciencia del frotamiento”, es usado universalmente desde finales del siglo XX. Para entender a la tribología se requiere de conocimientos de física, de química y de la tecnología de materiales. Las tareas del especialista en tribología (tribólogo) son las de reducir la fricción y desgaste para conservar y reducir energía, lograr movimientos más rápidos y precisos, incrementar la productividad y reducir el mantenimiento. La tribología como ciencia Antes del nacimiento de la tribología como ciencia se pensaba en el término “lubricación” o ingeniería de lubricación. No se había generalizado la disminución de la fricción y el desgaste como prácticas cotidianas. Con la tribología como ciencia se estudia la fricción y sus efectos asociados, como el desgaste, tratando de prevenirlos con mejores diseños y prácticas de lubricación. Toma en cuenta, entre otros aspectos de la maquinaria en general, los siguientes: · El diseño · Los materiales de las superficies en contacto · El sistema de aplicación del lubricante · El medio circundante · Las condiciones de operación La tribología está presente prácticamente en todas las piezas en movimiento tales como: · Rodamientos · Chumaceras · Sellos · Anillos de pistones · Embragues · Frenos · Engranajes 9

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· Árboles de levas La tribología ayuda a resolver problemas en maquinaria, equipos y procesos industriales tales como: · Motores eléctricos y de combustión (componentes y funcionamiento) · Turbinas · Compresores · Extrusión · Rolado · Fundición · Forja · Procesos de corte (herramientas y fluidos) · Elementos de almacenamiento magnético · Prótesis articulares (cuerpo humano) Fundamentos de la tribología La Tribología se centra en el estudio de tres fenómenos: 1. La fricción entre dos cuerpos en movimiento 2. El desgaste como efecto natural de este fenómeno 3. La lubricación como un medio para evitar el desgaste.

1.2

Fricción

La fricción se define como la resistencia al movimiento durante el deslizamiento o rodamiento que experimenta un cuerpo sólido al moverse sobre otro con el cual está en contacto. Esta resistencia al movimiento depende de las características de las superficies. Una teoría explica la resistencia por la interacción entre puntos de contacto y la penetración de las asperezas. Una representación simple es la mostrada a continuación: Superficies metálicas No lubricadas

Presión y movimiento deslizante

Fricción y calor (Perdida de energía)

Falla Catastrófica

Agarrotamiento 10

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La fricción depende de: i) la interacción molecular (adhesión) de las superficies ii) la interacción mecánica entre las partes. La fuerza de resistencia que actúa en una dirección opuesta a la dirección del movimiento se conoce como fuerza de fricción. En el rozamiento entre cuerpos sólidos se ha observado que son válidos de forma aproximada los siguientes hechos empíricos: · · · · ·

La fuerza de rozamiento se encuentra en la dirección de la superficie de apoyo. El coeficiente de rozamiento es prácticamente independiente del área de la superficie de contacto. El coeficiente de rozamiento depende de la naturaleza de los cuerpos en contacto, así como del estado en que se encuentren sus superficies. La fuerza máxima 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 un instante antes del movimiento que cuando se está en movimiento.

Desde los primeros tiempos el hombre conoció la fricción. Para hacer fuego, frotaba dos palos secos aprovechando el calor producido por la fricción. Cuando caminamos estamos haciendo uso de la fricción que impide el deslizamiento de los pies, otros ejemplos pueden ser clavar un clavo, arrastrar una plancha, frotarse las manos, etc. Cuando esta misma fricción se produce en los órganos de máquinas, sus efectos no son tan favorables, ya que destruye la efectividad del equipo por el desgaste, el calor y la demanda de mayor potencia, acortando la vida útil de las máquinas. El hombre primitivo se dio cuenta que necesitaba un esfuerzo considerable para ARRASTRAR una piedra o un tronco, Rápidamente notó que era mucho más fácil hacer RODAR la piedra o el tronco. Finalmente, descubrió que un tronco, tan difícil de mover en la tierra era fácilmente transportable en un río. Aquí vemos por primera vez en acción a la fricción fluida.

1.3

Estados de la Fricción

Fricción Pura

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Se presenta cuando las rugosidades de las dos superficies metálicas interactúan sin la presencia absoluta de un tercer elemento. En la práctica industrial raras veces se encuentra este estado de fricción ya que sólo se puede obtener en el laboratorio donde es factible garantizar que las superficies metálicas están libres de cualquier tipo de película contaminante. Fricción Metal - Metal Ocurre cuando las rugosidades de dos superficies metálicas teóricamente interactúan en ausencia de un tercer elemento que las separe (es inevitable la presencia de humedad, óxidos, etc.); también puede ocurrir en un mecanismo lubricado como consecuencia del rompimiento de la película límite o por la ausencia de ésta al agotarse los aditivos anti desgaste del lubricante. La fricción metal-metal no siempre se debe evitar ya que hay situaciones donde es imprescindible que ocurra como por ejemplo entre la carrilera y las ruedas del tren, en las cuales es necesario que sus rugosidades estén completamente exentas de cualquier tipo de sustancia para poder rodar y frenar rápidamente. Fricción Sólida En este caso el sistema tribológico está constituido por tres elementos que presentan características de cuerpos sólidos; dos de estos elementos son las superficies metálicas que interactúan y el tercero es la película limite del lubricante utilizado que se encuentra adherida al metal base y está constituida por capas de un compuesto que puede ser el aditivo anti desgaste, óxido, humedad, vapores, etc. En la práctica industrial la fricción sólida se presenta permanentemente en los mecanismos lubricados siempre que arrancan ó paran. Fricción Fluida Es un estado de fricción que se presenta entre las capas de un lubricante líquido que separa dos superficies lubricadas, la energía consumida es la necesaria para cizallar las capas del lubricante la cual finalmente se transforma en calor. Fricción Mixta Está constituida por dos estados de fricción que ocurren simultáneamente en un sistema tribológico; este tipo de fricción se presenta cuando un mecanismo que funciona bajo condiciones de lubricación a película fluida se encuentra en una etapa posterior al inicio del movimiento ó previa a su detención en la cual hay algunas rugosidades que interactúan propiciando la fricción sólida y otras se encuentran separadas dando lugar a la fricción 12

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fluida. La fricción mixta también se presenta en aquellos mecanismos que trabajan bajo condiciones de altas cargas y bajas velocidades en las cuales las rugosidades de las superficies sometidas a fricción no alcanzan a separarse sino que permanentemente están interactuando, este tipo de fricción mixta da lugar a lo que se conoce con el nombre de lubricación Elastohidrodinámica ó EHL. Fricción Gaseosa Se presenta cuando el elemento que separa las dos superficies que se encuentran en movimiento relativo es un gas; este puede ser el caso de los mecanismos lubricados con aire o de las caras de los sellos secos de turbomáquinas cuando se inyecta nitrógeno entre ellas para formar la película hidrodinámica que permite separar la cara fija de la que gira.

1.4

Leyes de la fuerza de fricción

Hay dos leyes de la física que gobiernan la fricción deslizante: 1) La fricción entre dos cuerpos sólidos es independiente del área de contacto.

2) La fricción entre dos superficies sólidas es proporcional a la carga en una superficie o en otra.

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La segunda ley puede ilustrarse arrastrando un bloque o ladrillo sobre una superficie plana. La fuerza de arrastre será la misma aunque el bloque descanse sobre una cara o sobre un borde. Estas leyes fueron establecidas primeramente por Leonardo da Vinci al final del siglo XV, olvidándose después durante largo tiempo y fueron posteriormente redescubiertas por el ingeniero francés Amontons en 1699. Frecuentemente se les denomina también leyes de Amontons. El coeficiente de fricción esta dado por la siguiente relación:

µ = F/W Donde:

µ = coeficiente de fricción F = fuerza de fricción que se opone al movimiento (kg) W = Carga (kg)

1.5

Fuerzas de Fricción

Siempre que un objeto se mueve sobre una superficie o en un medio viscoso, se presenta una resistencia al movimiento debido a la interacción del objeto con sus alrededores. Dicha resistencia recibe el nombre de fuerza de fricción. Las fuerzas de fricción son importantes en la vida cotidiana. Nos permiten caminar y correr. Toda fuerza de fricción se opone a la dirección del movimiento relativo. Empíricamente se ha establecido que la fuerza de fricción cinética es proporcional a la fuerza normal N, siendo k la constante de proporcionalidad, esto es,

f = µKN. Para ilustrar la fuerza de fricción, suponga que intentamos mover una pesada caja de lubricantes sobre el piso. Se empuja cada vez con más fuerza hasta que la caja parece "liberarse" para en seguida moverse con relativa facilidad. Llamemos f a la fuerza de fricción, F a la fuerza que se aplica a la caja, W a su peso y N a la fuerza normal (que el piso ejerce sobre la caja) 14

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La relación entre la fuerza F que se aplica y la fuerza de fricción puede representarse mediante el siguiente grafico:

Si aumentemos desde cero la fuerza F aplicada. Mientras ésta se mantenga menor que cierto valor µsN, cuyo significado se explica más abajo, la pesada caja no se mueve y la fuerza de roce entre la parte de contacto de la caja y el piso es exactamente igual a la fuerza F aplicada. Estamos en la denominada "zona estática", en que f = F. Si continuamos aumentando la fuerza F alcanzaremos la situación en que f = µsN, la máxima fuerza de fricción estática y la caja parecerá "liberarse" empezando a moverse, 15

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pero esta vez con una fuerza de fricción llamada cinética y cuya relación con la fuerza normal es

fk = µkN (zona cinética) Donde µk es el coeficiente de roce cinético, que debe distinguirse del coeficiente de roce estático µs, mencionado líneas arriba. µs se obtiene encontrando el cociente entre la máxima fuerza de roce (condición a punto de resbalar) y la fuerza normal. De ahí que µsN nos entrega el valor máximo de la fuerza de roce estático. El coeficiente de roce estático es siempre mayor que el coeficiente de roce cinético. Los coeficientes de fricción estático y cinético para algunas sustancias son las indicadas en el cuadro siguiente: Materiales en contacto

Coeficiente de fricción Estático (µs)

Coeficiente de fricción cinético (µk)

Hielo sobre hielo

0.1

0.03

Vidrio sobre vidrio

0.9

0.4

Vidrio sobre madera

0.2

0.25

Madera sobre cuero

0.4

0.3

Madera sobre piedra

0.7

0.3

Madera sobre madera

0.4

0.3

Acero sobre acero

0.74

0.57

Acero sobre hielo

0.03

0.02

Acero sobre latón

0.5

0.4

Acero sobre teflón

0.04

0.04

Teflón sobre teflón

0.04

0.04

1.0

0.8

0.3

0.25

1.1

0.3

Caucho sobre cemento seco Caucho sobre cemento húmedo Cobre sobre fierro fundido

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Ejemplo. Una caja de 10 kg descansa sobre un piso horizontal. El coeficiente de fricción estático es µs = 0.4, y el de fricción cinética es µk =0.3. Calcule la fuerza de fricción f que obra sobre la caja si se ejerce una fuerza horizontal externa F cuya magnitud es a) 10 N, b) 38N, c) 40 N. SOLUCION:

El diagrama de cuerpo libre o de cuerpo aislado es:

W = mg = 10kg *9.8 Como N - W = 0

N = mg = 98 N

1. La fuerza de fricción estática se opone a cualquier fuerza aplicada, hasta llagar a un máximo µsN = (0.4)(98N) = 39.2 N. Como la fuerza aplicada es F = 10 N, la caja no se moverá y f = F = 10 N. 2. Todavía la fuerza de 38 N no supera los 39.2 N, la fuerza de fricción habrá aumentado a 38 N, f = 38N. 3. Una fuerza de 40 N hará que la caja comience a moverse, porque es mayor que la fuerza máxima de fricción estática, 39.2 N. En adelante se tiene fricción cinética, en lugar de fricción estática y la magnitud de la fricción cinética es µkN = 0.3(98N) = 29 N. Si la fuerza aplicada continúa siendo F = 40 N, la aceleración que experimentará la caja será (40N 29N)/10kg = 1.1 m/s2

1.6

Tipos de coeficientes de Fricción

Coeficiente de Fricción Pura Ocurre cuando las superficies de dos rugosidades que interactúan están completamente exentas de un componente que las separe; el valor de este coeficiente de fricción es muy alto y en la práctica de la Tribología nunca se presenta. 17

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Coeficiente de Fricción Metal- Metal Se presenta cuando la rugosidad de una superficie metálica desliza directamente sobre la de otra, es alto y puede llegar a ocasionar que las dos superficies se suelden debido a la gran cantidad de calor generado cuando las crestas más sobresalientes chocan y tratan de deformarse elásticamente; su valor depende del material de las superficies en contacto; en superficies de elementos de máquinas lubricadas debe ser lo más bajo posible con el fin de minimizar la cantidad de desgaste que puede ocurrir en ellas cuando la película límite se consume y transcurre un instante de tiempo mientras reacciona el aditivo anti-desgaste del lubricante y la vuelve a restituir. Coeficiente de fricción solida Ocurre siempre que un mecanismo que va a operar bajo condiciones de película fluida se pone en marcha e interactúan y friccionan las películas límites de las dos rugosidades constituidas por el aditivo anti-desgaste que se encuentra adherido a ellas. Este coeficiente de fricción es menor que el coeficiente de fricción metal-metal y su valor depende de aspectos tales como la altura de las crestas de las rugosidades de las dos superficies, de si el lubricante utilizado es mineral ó sintético y si el movimiento del mecanismo sometido a fricción es por rodadura o por deslizamiento. Coeficiente de Fricción Fluida Es la resistencia a la cizalladura que presenta la película lubricante que se forma entre dos superficies cuando operan bajo condiciones de lubricación fluida; varía con el incremento de la viscosidad por encima de su valor normal para un determinado mecanismo. El valor del coeficiente de fricción fluida (ff) depende de si el aceite es mineral ó sintético. Coeficiente de Fricción Elastohidrodinamico Es un coeficiente de fricción equivalente (fe) que se presenta en aquellos mecanismos donde por sus condiciones operacionales no es factible que las rugosidades se separen sino que permanentemente están interactuando; se calcula del promedio del coeficiente de fricción sólida cuando las rugosidades interactúan y se deforman elásticamente y el fluido cuando se cizalla la película lubricante que se forma en el momento en que las dos rugosidades deformadas elásticamente aplastan el lubricante que ha quedado atrapado entre ellas. El valor del coeficiente de fricción Elastohidrodinámico ó EHL es mayor que el fluido y depende de la altura de las crestas de dos superficies sometidas a fricción y de sí el aceite es mineral ó sintético. 18

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En programas de Tribología tendientes a reducir el consumo de energía por fricción en componentes de máquinas lubricados se deben utilizar los valores de los coeficientes de fricción especificados por los fabricantes de los lubricantes en sus catálogos técnicos, en caso de que no sea posible conocer esta información se pueden utilizar con mucha aproximación los valores de los coeficientes de fricción para superficies lubricadas con diferentes tipos de lubricantes que se dan en la tabla 1, los cuales se han obtenido promediando valores típicos de lubricantes cuyos coeficientes de fricción se conocen. Los valores de estos coeficientes de fricción se dan para acabados superficiales entre 5 y 25 micras. VALORES TIPICOS DE COEFICIENTES DE FRICCION PARA DIFERENTES TIPOS DE LUBRICANTES COEFICIENTE DE FRICCION MECANISMO

SOLIDA

FLUIDA

fs

ff

EHL

fe

Mineral

Sintético

Mineral

Sintético

1ra Generación

2da Generación

3ra Generación

Mineral

Sintético

Rodamiento rígido de bolas

0.015

0.013

0.0085

0.00765

0.011

0.010

0.009

0.008

0.008

0.007

Rodamiento de bolas de contacto angular

0.020

0.018

0.0090

0.00800

0.014

0.012

0.012

0.011

0.011

0.010

Rodamiento de bolas a rótula

0.010

0.009

0.0080

0.00720

0.009

0.008

0.008

0.007

0.007

0.006

Rodamiento axial de bolas

0.013

0.011

0.0083

0.00740

0.010

0.009

0.009

0.008

0.008

0.007

Rodamiento de rodillos cilíndricos

0.011

0.009

0.0081

0.00720

0.009

0.008

0.008

0.007

0.007

0.006

Rodamiento de rodillos cónicos, esféricos y a rótula

0.018

0.016

0.0088

0.00790

0.013

0.012

0.011

0.010

0.010

0.009

Rodamiento de agujas

0.022

0.019

0.0095

0.00850

0.015

0.013

0.013

0.012

0.012

0.011

Engranajes cilíndricos de dientes rectos y helicoidales

0.045

0.040

0.0100

0.00900

0.027

0.024

0.024

0.022

0.022

0.020

Engranajes sinfinCorona (1)

0.065

0.058

0.0200

0.01800

0.042

0.038

0.038

0.034

0.036

0.032

Cojinetes lisos

0.060

0.054

0.008 (2) 0.00720

0.034

0.030

0.030

0.027

0.028

0.025

Mineral Sintético Mineral Sintético

Notas: (1) Por lo regular los engranajes sinfín-corona trabajan bajo condiciones de lubricación EHL. (2) El coeficiente de fricción equivalente fe para sistemas de lubricación por salpique es de 0,010 y para circulación de 0,005.

1.7

Tipos de fricción ·

Fricción deslizante (mecánica), la más común, se produce cuando dos cuerpos sólidos en contacto directo se deslizan uno sobre otro sin lubricación, esto ocurre en los pistones, en los cojinetes planos o en su eje. 19

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·

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Fricción rodante, se produce cuando un cilindro o una esfera rueda sobre otra superficie sin lubricación, como sucede con una pelota o con un rodamiento. En este caso se necesita una fuerza menor para producir el movimiento, sin embargo, como no hay lubricación, siempre se puede esperar DESGASTE YCALOR. La resistencia de fricción por rodadura es menor que la resistencia de fricción por deslizamiento

·

Fricción fluida (la menos común), es la que se produce entre un cuerpo solido y un fluido, como entre un barco y el agua de mar, entre una canoa y el agua de un rio, etc.; sin embargo si se le agrega una capita de aceite a las superficies en contacto, se apreciará que los esfuerzos para producir el movimiento son menores. Entonces los contactos son: CUERPO−ACEITE−CUERPO y a esto le llamamos "FRICCIÓN FLUIDA".

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1.8

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Consecuencias de la fricción · Generación de calor, producido por la fricción de las rugosidades de las superficies en contacto, como por ejemplo en el frenado de un cuerpo en movimiento. · Pérdida de potencia, porque cuando se produce el movimiento debe vencer la resistencia de las irregularidades de la superficie. · Reducción de la eficiencia, a consecuencia de la pérdida de potencia · Desgaste y/o daño en las superficies

1.9

El desgaste

El desgaste es el daño de la superficie por remoción de material de una o ambas superficies sólidas en movimiento relativo. Es un proceso en el cual las capas superficiales de un sólido se rompen o se desprenden de la superficie. Al igual que la fricción, el desgaste no es solamente una propiedad del material, es una respuesta integral del sistema. Los análisis de los sistemas han demostrado que 75% de las fallas mecánicas se deben al desgaste de las superficies en rozamiento. Se deduce fácilmente que para aumentar la vida útil de un equipo se debe disminuir el desgaste al mínimo posible. a) Desgaste por fatiga. Surge por concentración de tensiones mayores a las que puede soportar el material, incluye las dislocaciones, formación de cavidades y grietas. b) Desgaste abrasivo. Es el daño por la acción de partículas sólidas presentes en la zona del rozamiento. c) Desgaste por erosión. Es producido por una corriente de partículas abrasivas, muy común en turbinas de gas, tubos de escape y de motores. d) Desgaste por corrosión. Originado por la influencia del medio ambiente, principalmente la humedad, seguido de la eliminación por abrasión, fatiga o erosión, de la capa del compuesto formado. A este grupo pertenece el Desgaste por oxidación. Ocasionado principalmente por la acción del oxígeno atmosférico o disuelto en el lubricante, sobre las superficies en movimiento. e) Desgaste por frotación. Aquí se conjugan las cuatro formas de desgaste, en este caso los cuerpos en movimiento tienen movimientos de oscilación de una amplitud menos de 100 ¼m. Generalmente se da en sistemas ensamblados. f) Desgaste adhesivo. Es el proceso por el cual se transfiere material de una a otra superficie durante su movimiento relativo, como resultado de soldado en frío en puntos de interacción de asperezas, en algunos casos parte del material desprendido regresa a su superficie original o se libera en forma de virutas o rebaba. 21

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CAPITULO 2 PRINCIPIOS DE LUBRICACION

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2.1

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Lubricación

El deslizamiento entre superficies sólidas se caracteriza generalmente por un alto coeficiente de fricción y un gran desgaste debido a las propiedades específicas de las superficies. La lubricación consiste en la introducción de una capa intermedia de un material ajeno entre las superficies en movimiento. Estos materiales intermedios se denominan lubricantes y su función es disminuir la fricción y el desgaste. El término lubricante es muy general, y puede estar en cualquier estado material: líquido, sólido, gaseoso e incluso semisólido o pastoso. La lubricación puede ser considerada como una parte vital de una máquina como cualquiera de sus partes de trabajo. Los apoyos, ejes y engranajes de una máquina deben ser diseñados y construidos: · Con toda precisión. · Con los mejores materiales Ya que así lo exigen las máquinas modernas de alta producción. Pero sin una apropiada lubricación, estas partes vitales quedan rápidamente destruidas y la máquina detenida.

2.2

Superficies Concordantes

Las superficies concordantes se ajustan bastante bien una con otra con un alto grado de conformidad geométrica, de manera que la carga se transfiere a un área relativamente grande. Por ejemplo el área de lubricación para un eje cilíndrico será de 2π por el radio por la longitud. El área de la superficie que soporta una carga permanece, generalmente constante, mientras la carga se incrementa.

Eje y cojinete cilíndrico o casquillo

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El eje con lubricación de película fluida representada en la figura anterior y los cojinetes deslizantes tienen superficies concordantes. En los ejes la holgura radial entre el cojinete y el manguito es por lo general la milésima parte del diámetro del cojinete; en los cojinetes deslizantes la inclinación de la superficie de estos respecto al rodillo de rodadura suele ser muy rara. Un ejemplo de superficie concordante es la junta de la cadera del ser humano.

2.3

Superficies no concordantes

Muchos elementos de maquinas lubricados por una película fluida tienen superficies que no concuerdan entre sí. Entonces un área pequeña de lubricación debe soportar todo el peso de la carga. Por lo general el área de lubricación de una conjunción no concordante es 3 veces menor que la magnitud que la de una superficie concordante. El área de lubricación entre superficies no concordantes se agranda bastante con el incremento de carga; pero aun así es más pequeña que el área de la lubricación entre las superficies concordantes.

Representación de superficies no concordantes

Ejemplos de superficies no concordantes son el acoplamiento de los dientes de un engranaje, el contacto entre levas y seguidores, y también los cojinetes de elementos rodantes.

2.4

Regímenes de lubricación

Los regímenes de lubricación o tipos de lubricación son: 24

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· · · ·

Hidrodinámica, la carga es soportada por una película de lubricante. Hidrostática, se usa para en elementos con velocidades bajas Elastohidrodinámica, la película de lubricante es intermitente. De película mínima o al límite, carga soportada por asperezas en contacto. · Con material sólido En la lubricación de un motor de combustión interna y muchas maquinas industriales, generalmente se presentan combinaciones de estos fenómenos lo cual mejora la efectividad de la lubricación.

Regímenes de lubricación (Shell)

· Lubricación Hidrodinámica Es aquella en la que las superficies que interactúan (cojinete y flecha o eje) y que soportan la carga (puede ser el peso) que generan esfuerzos mecánicos, están separadas por una capa de lubricante relativamente gruesa para impedir el contacto entre metal y metal. 25

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La lubricación hidrodinámica se caracteriza en superficies concordantes con una lubricación por película fluida. En este tipo de lubricación las películas son gruesas de manera que se previene que las superficies sólidas opuestas entren en contacto. Con frecuencia se la llama la forma ideal de lubricación, porque proporciona baja fricción y alta resistencia al desgaste. Esta lubricación no depende de la introducción del lubricante a presión. La presión en el lubricante la origina el movimiento de la superficie que lo arrastra hasta una zona formando una cuña que origina la presión necesaria para separar las superficies actuando contra la carga que interactúa con el cojinete.

Reposo

Arranque

Funcionando

Este fenómeno se puede entender mejor si se observa a un esquiador que es remolcado por una lancha, el agua penetra en la tabla de esquiar y produce una fuerza la cual es suficiente para mantener al esquiador sobre el nivel de la superficie libre del agua. El agua que penetra en la parte inferior está formando la “cuña de lubricación” y ésta se logra por la velocidad con la que entra el agua y por la inclinación de la tabla de esquiar. En este caso la lubricación depende de la velocidad de rotación de la flecha o eje. Una aplicación de este tipo de lubricación se da en los turbo cargadores los cuales operan a altas velocidades de rotación. Generalmente la magnitud de la presión que se desarrolla es menor que 5 Mpa y no es lo suficientemente grande para causar una deformación elástica significativa en las superficies. En un cojinete lubricado hidrodinámicamente el espesor mínimo de la película es función de la carga normal que se aplica W, de la velocidad ωb, de la viscosidad absoluta del lubricante η0 y de la geometría (Rx y Ry). En la figura siguiente se representa las características de la 26

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lubricación hidrodinámica. El espesor mínimo de película hmin como una función ωb y W para el movimiento deslizante se obtiene mediante la ecuación siguiente: (hmin)≈( ωb / W ) ^ ½

Donde el espesor mínimo de la película normalmente excede 1 μm. En una superficie conformante tenemos: Pmax = 5 MPa hmin = f (W, ωb, η0, Rx, Ry) > 1 µm efecto no elástico

Lubricación hidrodinámica (Google)

Los requerimientos para la lubricación hidrodinámica son: -

Superficies convergentes Espacio entre superficies (luz) Velocidad y viscosidad adecuadas Lubricante adecuado 27

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-

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Carga no demasiada alta.

· Lubricación Hidrostática Se obtiene introduciendo el lubricante en el área de soporte de la carga a una presión suficientemente elevada para separar las superficies con una capa relativamente gruesa de lubricante. Se utiliza en los elementos donde las velocidades son relativamente bajas. En el caso de los motores de combustión interna antes de que se genere la lubricación hidrodinámica es necesario generar una fuerza que separe los elementos móviles. Esta fuerza se genera al inyectar el lubricante a presión por medio de una bomba la cual normalmente es movida por el motor. Ejem.: cojinete cónico hidrostático

Este tipo de lubricación permite suministrar el lubricante a todas las partes que lo requieran y no depende de la velocidad de rotación de los elementos. La cantidad de lubricante inyectado depende de la presión de la bomba de aceite, de la temperatura y de la viscosidad del lubricante.

· Lubricación Elastohidrodinámica (EHL) Es el fenómeno que ocurre cuando se introduce un lubricante entre las superficies que están en contacto rodante como los engranes y los cojinetes, generalmente se debe al comportamiento que tiene el lubricante debido a su composición química. En este caso el lubricante forma “redes” que evitan el contacto físico entre los elementos en movimiento, sin embargo esta característica se puede perder al tener elementos contaminantes en el lubricante y por 28

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efectos de alta temperatura en el motor (sobrecalentamiento del mismo). Esta característica la presentan muchos de los aceites denominados multigrados. Este es un tipo de lubricación que desde su descubrimiento por los profesores británicos Dowson Duncan y Higginson Gordon en la década de los años 50’s marcó el verdadero comienzo a la solución de los problemas de desgaste en mecanismos que funcionaban sometidos a condiciones de altas cargas y bajas velocidades y que hasta entonces se manejaban como mecanismos lubricados por película límite ó fluida. La lubricación elastohidrodinámica se presenta en mecanismos en los cuales las rugosidades de las superficies de fricción trabajan siempre entrelazadas y nunca llegan a separarse. En este caso las crestas permanentemente se están deformando elásticamente y el control del desgaste y el consumo de energía depende de la película adherida a las rugosidades. Se podría denominar esta película como límite pero de unas características de soporte de carga y de resistencia al desgaste mucho más elevadas que las que forma la película límite propiamente dicha. En la EHL la lubricación límite es permanente, ó sea que no hay mucha diferencia entre las condiciones de lubricación en el momento de la puesta en marcha del mecanismo y una vez que este alcanza la velocidad nominal de operación. La definición de la lubricación Elastohidrodinámica se puede explicar así: Elasto: elasticidad, ó sea que la cresta de la irregularidad en el momento de la interacción con la cresta de la otra superficie se deforma elásticamente sin llegar al punto de fluencia del material; Hidrodinámica, ya que una vez que ocurre la deformación elástica la película de aceite que queda atrapada entre las rugosidades forma una película hidrodinámica de un tamaño microscópico mucho menor que el que forma una película hidrodinámica propiamente dicha. En la lubricación hidrodinámica el espesor de la película lubricante puede ser del orden de 5 μm en adelante, mientras que en la EHL de 1 μm ó menos. Normalmente esta lubricación está asociada con superficies no concordantes y con la lubricación por película fluida. · Lubricación de Película Mínima o al Limite (no es recomendable) Este tipo de lubricación es muy importante porque se genera cuando se presenta una condición anormal en el motor, por ejemplo: - Cuando se produce un aumento repentino de temperatura, es decir, un sobrecalentamiento por falta del líquido refrigerante del motor - Cuando hay un aumento repentino de carga (sobrecalentamiento por falta de lubricante) - Cuando se reduce la cantidad de lubricante suministrado debido a una fuga del mismo en sellos o juntas 29

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-

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Cuando se tiene una disminución repentina de viscosidad (por sobrecalentamiento)

Estas condiciones pueden impedir la formación de una película de lubricante lo suficientemente gruesa entre los componentes en movimiento y generar una película de lubricante de unas cuantas micras de espesor antes de que se rompa esta película de lubricante y se genere la falla de los componentes. En algunos casos pueden llegar a soldarse elementos por falta de lubricación. · Lubricación con Material Sólido Este tipo de lubricación se genera cuando se agregan partículas de material sólido al lubricante, éstas pueden ser de materiales antifriccionantes como el grafito o el disulfuro de molibdeno. Estos compuestos se comportan como si fueran “canicas” y separan a los elementos que están en movimiento evitando el contacto físico entre ellos.

2.5

Estudio de lubricación

Permite establecer inicialmente el producto adecuado para cada uno de los equipos que operan en un pool de máquinas o una planta, haciendo un levantamiento de información acerca de los equipos y las recomendaciones de lubricación, involucrando los siguientes aspectos: Analizar las maquinarias y/o equipos en sus especificaciones y condiciones de operación para así obtener información en cuanto a las características de los mismos y su funcionamiento, aun con la disposición de los manuales respectivos Resultados sobre estudios de Tribología, ingeniería y lubricación, en equipos especiales, con el objeto de analizar y cuantificar el ahorro de energía mediante el control de la fricción y generar recomendaciones adecuadas de lubricantes Identificación de equipos con el lubricante seleccionado, a fin de evitar confusiones durante operaciones de mantenimiento en el mismo. Los criterios de selección involucrados son: o Productos actualmente en uso o Recomendaciones en el manual de operaciones del equipo proporcionado por el fabricante o Variaciones en condiciones de operación o Racionalización de la cesta de productos usados o Tribología & Ingeniería en Lubricación Industrial y Automotriz Requerimientos, Material y Equipos: o Listado general de los equipos existentes o Diagramas y disposición de los equipos en planta o Manuales de operaciones de todos los equipos o Programas de lubricación existentes 30

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El lubricador "Hombre Clave" Hasta hace pocos años, los mecánicos además de trabajar en las máquinas, se preocupaban de la lubricación y mantención, pero poco a poco, se fue reconociendo la gran importancia de la lubricación y se hizo una operación separada y especializada. Ya no se designan inexpertos en el puesto de lubricador y ahora se le considera como "hombre clave" para el funcionamiento de las máquinas de operación. Sin lugar a dudas, la mayor o menor vida útil de las máquinas, depende en una gran parte, del desempeño del personal encargado de lubricarlas. El buen lubricador no se improvisa, su preparación demanda mucho tiempo; en primer lugar hay que poseer un conocimiento práctico de las máquinas, el que sólo se adquiere a través de la experiencia, Pues con ésta se conocerán las partes que deben lubricarse y cuándo y cómo deben lubricarse. Conocimientos y habilidades que debe tener un buen lubricador a) Conocimiento en detalle de su trabajo. b) Conocimiento de sus obligaciones y responsabilidades. c) Habilidad para controlar la máquina. d) Conocimiento de los principios básicos de la lubricación. Relación entre las características de un aceite y las condiciones de trabajo · A mayor temperatura de trabajo, corresponde usar un aceite más viscoso. · A mayor carga de trabajo (presión), corresponde usar aceite más viscoso. · A menor velocidad, corresponde usar un aceite más viscoso. Se utiliza aceite de alta viscosidad cuando se presentan las siguientes condiciones de trabajo: · Altas temperaturas. · Alta carga (presión). · Baja velocidad. Se utiliza aceite de baja viscosidad (aceites livianos) cuando se presentan las siguientes condiciones de trabajo: · Bajas temperaturas. · Baja carga (presión). · Alta velocidad. El trabajo de las máquinas, en algunas empresas, normalmente no se desarrolla bajo estas condiciones extremas, sino que bajo una combinación de estas condiciones de trabajo. Es problema del fabricante estudiar estas diferentes condiciones para recomendar el lubricante adecuado, si estas 31

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recomendaciones no existen, debemos entonces usar nuestro criterio para determinar el lubricante adecuado.

2.6

Utilidad del estudio

La utilidad del estudio de lubricación en la flota de vehículos, tractores, maquinarias, flota pesquera o de las líneas de equipos en las plantas industriales y agroindustriales; así como en las diferentes actividades donde existan maquinarias y equipos, será por los siguientes puntos: · · · · ·

2.7

Identifica todos los puntos a ser lubricados Permite seleccionar el lubricante adecuado, según las recomendaciones del fabricante. Ayuda a reducir la variedad de lubricantes Es la base para establecer un plan de lubricación. Contribuye a reducir los problemas de mantenimiento asociadas a la falta de lubricantes o a una lubricación inadecuada.

Etapas del estudio de lubricación

Existen lubricantes específicos por aplicación y hay que tener cuidado con el uso de equivalentes, pues esto no garantiza que se haya hecho una selección adecuada previamente, una buena selección mejorará la protección del equipo y reducirá los costos de mantenimiento; así las etapas principales para ello son: 1. Identificación de las áreas de la planta o unidades 2. Toma de datos por área · En los equipos: componentes, recomendaciones del fabricante y volúmenes. 3. Definición de periodicidad · Re lubricación · Cambios · Tomas de muestra 4. Ejemplos: · En los Motores: - Marca y modelo - Combustible empleado - Tipo de unidad - Tiempos - Actual intervalo de cambio 32

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-

·

·

·

·

·

Viscosidad y API recomendados Temperatura ambiente Características especiales, como cojinetes de plata, turbo alimentadores - Tipo de enfriamiento. Turbinas - Marca y modelo - Tipo: a gas, a vapor, hidráulica, etc. - Potencia - Viscosidad recomendada. En sistemas hidráulicos - Tipo de aplicación - Tipo de bombas - Condiciones ambientales - Fuentes potenciales de contaminación - Temperatura de operación - Filtros. En Reductores - Tipo de engranajes - Potencia - Metales involucrados - Numero de AGMA o viscosidad recomendada - Temperatura ambiente En compresores - Tipo de compresor : tornillo o pistones - Tipo de gas - ¿Para cárter y/o cilindros? - ¿Refrigerante? - Temperatura ambiente En mecanizado - Fluidos de corte o Metal a mecanizar o Operación de corte o Velocidad o Operación mas severa o Tipo de aceite o Sistema de eliminación - Maquinas herramientas o Aplicación del lubricante: hidráulico, guías. o Uso de la máquina: torneado, cepillado, fresado. 33

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·

·

·

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o Clase de sistema hidráulico y de guías. En equipos móviles - Fabricante y modelo del motor - Fabricante y modelo de la transmisión - Fabricante y modelo de los mandos finales - Uso - Condiciones ambientales - Combustible. En transferencia de calor - Tipo de sistema: abierto o cerrado - Presurizado con nitrógeno - Temperatura de operación del aceite - Capacidad de circulación - Capacidad del tanque - Uso del sistema En equipos en general - Tipo de rodajes - Tipo de engranajes - Condiciones ambientales - Aplicación.

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CAPITULO 3 LUBRICANTES PARA MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

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Lubricantes para motores de combustión interna El motor de combustión interna es la fuente de potencia predominante de los vehículos de pasajeros, de carga, de tractores y otras maquinas en todo el mundo. En el motor la energía química contenida en un combustible se convierte en energía cinética o de movimiento, lineal y reciprocante de un pistón y esta se transmite a través de una biela, convirtiéndola en un movimiento giratorio del eje cigüeñal, acoplando a la salida de éste el resto de los componentes de tracción de los vehículos. El diseño de los motores de combustión interna, ha evolucionado rápidamente obteniendo avances importantes en cuanto a eficiencia, gran potencia, mayores velocidades, menos consumo de combustible y otras notables mejoras que hacen que su utilización sea mayor cada día.

Lubricación de un motor de combustión interna

Los aceites modernos que lubrican estos motores, se diseñan tan cuidadosamente como el mismo motor ya que deben satisfacer los requerimientos del mismo, bajo una variedad de condiciones de operación. Un motor contiene cientos de partes en movimiento, las cuales deben mantenerse separadas unas de otras por medio de una película de aceite. Siempre que dos de esas partes deslicen o roten entre sí, el contacto metal a 36

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metal resultante puede causar un desgaste severo, por ello, una de las funciones más importantes del aceite en un motor, es el fijar una película de lubricante lo suficientemente gruesa y resistente para evitar ese contacto metal a metal, logrando de esa manera reducir el desgaste y con ello prolongar la vida del motor.

3.1

Funciones del sistema de lubricación

La lubricación tiene varias funciones. Entre ellos mencionamos los siguientes: · Reducir el rozamiento o fricción para optimizar la duración de los componentes. · Disminuir el desgaste · Reducir el calentamiento de los elementos del motor que se mueven unos con respecto a otros (como refrigerante) · Absorber y neutralizar los contaminantes e impedir su entrada · Proteger contra la corrosión Íntimamente relacionada con el trabajo de reducir la fricción y el desgaste, existe otra función principal que deberá llevar a cabo la lubricación: mantener al mínimo la temperatura Un lubricante puede hacer esto de dos maneras: primero, venciendo la fricción que produce calor y segundo, transportando este calor hacia las partes de la maquina que estén mas frías. La lubricación ejecuta otra importante función impidiendo la entrada de contaminantes, que podrían acortar la vida de los engranajes y cojinetes. La lubricación también sirve para amortiguar los golpes que frecuentemente se presentan en las maquinas en movimiento. Por ejemplo, el impacto causado por el contacto de los engranajes – especialmente durante el arranque del motor- se amortigua en gran parte por el aceite que ha quedado entre los dientes de los engranajes. A través de cambios regulares de aceite y filtros, el aceite remueve las materias extrañas del motor, mientras contribuye a la limpieza interior y minimiza el desgaste.

3.2

Características de un buen lubricante

Cuando se requiere comprar aceite para un motor, se debe escoger un lubricante que le brinde la máxima protección posible, entre las características que debe cumplir un buen lubricante resaltan las siguientes: 37

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1. Baja viscosidad 2. Viscosidad invariable con la temperatura 3. Estabilidad química 4. Acción detergente para mantener limpio el motor 5. Carencia de volatilidad 6. No ser inflamable 7. Tener características anticorrosivas 8. Tener características antioxidantes 9. Tener gran resistencia pelicular 10. Soportar altas presiones 11. Impedir la formación de espuma Baja viscosidad Algunas personas piensan que es mejor un aceite “grueso”, es decir, muy viscoso, sin embargo el aceite debe llegar a todas aquellas partes que requieren lubricación en el menor tiempo posible y esto sólo se logra si el aceite tiene una baja viscosidad (“delgado”) de hecho a un motor con un aceite muy viscoso le costará mayor trabajo arrancar. Pero también hay que tener cuidado de que el aceite no tenga baja viscosidad ya que podría entrar al interior de la cámara de combustión y quemarse generando el “humo azul”. Para conocer el grado de viscosidad adecuado para su tractor debe consultar el manual del propietario. Un aceite clasificación 10W-30 puede ser útil para vehículos con menos de 80,000 km y un 10W-40 para motores con mayor kilometraje. Recuerde que la viscosidad es la resistencia que opone el aceite a moverse. Viscosidad invariable con la temperatura En todos los aceites la viscosidad cambia con la temperatura, sin embargo no todos cambian de la misma manera, generalmente los aceites monogrados son aquellos en los que estos cambios son más importantes. En los aceites de tipo multigrado los cambios no son tan drásticos. Estabilidad química El aceite lubricante se encuentra en constante movimiento, arrastra las partículas formadas por el desgaste propio de las partes, se contamina con: partículas de polvo, agua, combustible y gases producto de la Combustión. Es por esta razón que debe tener una gran estabilidad química, de lo contrario se degradaría y formaría compuestos agresivos para el motor como “lodos de alta y baja temperatura”.

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Acción detergente Esta característica permite que el motor siempre se encuentre limpio evitando la formación de lodos, una forma de determinar si el aceite utilizado es de tipo detergente es que al usarlo después de un cierto tiempo éste cambia de color. Carencia de volatilidad Esta característica es importante porque evita que se pierda lubricante cuando se incrementa la temperatura del motor. No ser inflamable Esta característica ayuda a evitar un incendio debido a que el aceite está en contacto con zonas de alta temperatura como el pistón. Tener características anticorrosivas y antioxidantes Ayuda a evitar el ataque por corrosión y oxidación de los materiales de los diferentes componentes del motor. Tener gran resistencia pelicular Ayuda a evitar el desgaste y pérdida de material de las piezas del metal. Soportar altas presiones Ayuda a evitar el contacto entre metal y metal. Impedir la formación de espuma La espuma genera la disminución de la cantidad de lubricante inyectado a las diferentes áreas que requieren la lubricación y puede provocar daño a componentes como la bomba de aceite. Para lograr estas características generalmente los fabricantes de aceites de buena calidad adicionan aditivos a los aceites base.

3.3

Funciones de un aceite para motor

Un aceite para motor es un producto altamente especializado, cuidadosamente desarrollado por ingenieros y químicos para cumplir con muchas funciones esenciales, de las cuales las seis principales son:

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a. Lubricar y prevenir el desgaste Siempre que se enciende un motor, el aceite debe circular rápidamente y lubricar todas las partes móviles para prevenir el contacto metal-metal que podría ocasionar desgaste, ralladuras o incluso soldadura (fusión) de las partes del motor. La película de aceite sobre los cojinetes y las partes de los cilindros son susceptibles al movimiento, a la presión y al suministro de aceite. Tales películas deben reponerse continuamente a través de un flujo adecuado y mediante una apropiada distribución del aceite. Una vez que el aceite alcanza a las partes móviles su función es lubricar y prevenir el desgaste, se cuenta con que el aceite establezca y constantemente reponga, una película completa y continua entre las superficies. Los ingenieros de lubricación llaman a esto lubricación de película completa o lubricación hidrodinámica. La lubricación hidrodinámica, como ya se mencionó, ocurre cuando las superficies en movimiento se encuentran continuamente separadas por una película de aceite. El factor determinante en mantener esta separación de las partes es la viscosidad del aceite a la temperatura de operación. La viscosidad debe permanecer lo suficientemente alta para prevenir el contacto metal-metal. Debido a que los metales no hacen contacto en una lubricación de película completa, el desgaste es insignificante, a no ser que las partes separadas se rayen con partículas más gruesas que el espesor de la misma película de aceite. Los cojinetes del cigüeñal, así como los de las bielas, el eje de levas y los bulones de pistón, normalmente operan con lubricación hidrodinámica. Bajo ciertas condiciones es imposible mantener una película continua de aceite entre las partes móviles y ocurre un contacto intermitente de metalmetal entre los picos de las superficies deslizantes.los ingenieros de lubricación llaman a esto lubricación limite. Bajo ciertas circunstancias, la carga se soporta solo en forma parcial por la película de aceite, dicha película se rompe resultando un significativo contacto metal-metal. Cuando esto ocurre, la fricción generada entre las superficies puede producir suficiente calor para causar que uno o ambos metales en contacto se fundan y produzcan una soldadura entre ellos. A menos que se 40

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contrarrestare a través de un adecuado tratamiento del aceite con aditivos, el resultado es, o bien un inmediato agarrotamiento o un desgaste precipitado de las superficies. La condición de lubricación límite siempre existe durante el arranque del motor y frecuentemente durante la operación de un motor nuevo o reconstruido. La lubricación límite también se encuentra alrededor de los anillos de compresión del pistón, donde el suministro de aceite es limitado, las temperaturas son altas y es donde ocurre la inversión del movimiento del pistón. Se pueden desarrollar condiciones de extrema presión entre partes altamente cargadas debido a una falta de lubricación, luz o juego inadecuado, extremo calor y en algunos casos como resultado del uso de un lubricante de tipo o grado de viscosidad incorrecto para las condiciones de operación del motor. En los motores modernos, en el sistema de válvulas el contacto entre la leva y el buzo, es el sitio donde se opera bajo las condiciones de mayor extrema presión, debido a que en dichas partes se producen grandes cargas localizadas, las cuales pueden llegar hasta 200000 PSI, siendo varias veces más grandes que las cargas sobre los metales de biela y bancada. b. Reducir la fricción Bajo la condición de lubricación hidrodinámica, una película gruesa de aceite previene el contacto metal-metal entre las partes en movimiento del motor. Parte de la fuerza que produce el movimiento relativo de estas partes lubricadas requiere consumirse para vencer la fricción fluida del lubricante. La viscosidad del aceite debe ser lo suficientemente adecuada para mantener una película continua, pero no debe ser mas de la necesaria, ya que esto incrementa la cantidad de fuerza requerida para vencer esta fricción fluida, la cual se desperdicia en calor. Los fabricantes de tractores especifican la viscosidad adecuada del aceite para motor, recomendando los grados SAE de acuerdo a las temperaturas ambientales esperadas. Esto es para asegurar que el lubricante proveerá una adecuada, más no excesiva, viscosidad a las condiciones normales de operación. Cuando un aceite se contamina, su viscosidad cambia. Con hollín, polvo o sedimentos, la viscosidad se incrementa; con dilución por combustible ésta 41

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disminuye. Ambas direcciones de variación de la viscosidad son potencialmente dañinas para el motor. Por esta razón, contaminantes leves en el aceite del motor deben mantenerse al mínimo. Esto puede asegurarse a través de cambios del aceite a intervalos adecuados. La cantidad y tipo de aditivos químicos se hace más importante que la viscosidad en el rendimiento de un aceite para motor, con la finalidad de proteger las partes en movimiento bajo las condiciones de extrema presión y la lubricación límite. El adecuado balance del sistema total de aditivos en un aceite para motor moderno, es crítico, si deben satisfacerse todas las condiciones de lubricación de un motor. c. Proteger contra la herrumbre y la corrosión Bajo condiciones ideales, los combustibles que se queman forman dióxido de carbono, agua y otros elementos. Por una variedad de razones un motor no quema completamente todo el combustible. Algo del combustible parcialmente quemado se somete a complejos cambios químicos durante la combustión y bajo ciertas condiciones forma hollín o carbón. Algo de este hollín del combustible parcialmente quemado, sale a través del escape en forma de humo negro. Aquella parte de hollín del combustible no quemado que logra pasar a través de la ranura de los anillos, cae dentro del cárter y tiende a combinarse con agua proveniente de la condensación, para formar depósitos de lodo y barnices sobre partes criticas del motor. La acumulación de barniz puede obstruir los pasajes de aceite lo cual reducirá el flujo del mismo. La acumulación de barniz interfiere y causa atascamiento y mal funcionamiento a partes vitales del motor. El resultado es una rápida falla de esas partes. En adición al agua y a los subproductos de la combustión incompleta del combustible, otros gases corrosivos de la combustión también logran pasar a través de las ranuras de los anillos y se condensan o se disuelven en el aceite del cárter, además los ácidos formados por la oxidación normal del aceite son también potencialmente corrosivos para las partes metálicas del motor. La vida de las partes del motor, depende en parte de la capacidad del aceite de motor para neutralizar el efecto de estas sustancias corrosivas. 42

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Gracias a las investigaciones realizadas por los especialistas en química del aceite, se han desarrollado efectivos compuestos químicos solubles en aceite. Estos se añaden al aceite para motor durante su fabricación para proveer la protección vital a las partes del motor. d. Mantener limpio el motor En la formulación de los modernos aceites de motor de alta calidad, uno de los objetos básicos es no solamente mantener limpias las partes del motor, sino prevenir la formación de depósitos, barnices y lodos que interfieren con la operación adecuada del motor. Los aditivos detergentes/dispersantes, son muy efectivos en la prevención y limpieza de los depósitos de productos de combustión dentro de un motor. Los buzos y los anillos en las ranuras del pistón son partes particularmente sensibles a los depósitos de combustión. El detergente contenido en el aceite para motor, limpia y evita la formación de estos depósitos y el dispersante los mantiene en suspensión hasta que el tamaño de las partículas de los mismos pueda ser retenido por el filtro. Si los anillos del pistón se pegan o se frenan debido a la acumulación de depósitos ocasionan que el motor no pueda desarrollar su potencia completamente. La obstrucción de las ranuras de los anillos de control del aceite impide que se remueva el exceso de lubricante de las paredes de los cilindros lo cual causa un consumo excesivo del aceite. Los aditivos detergentes y dispersantes evitan que estos entrabamientos de los anillos de compresión y control de aceite sucedan. Los motores no pueden tolerar cantidades excesivas de lodos sobre sus partes sensibles. Los depósitos de lodos se acumulan sobre la rejilla de la bomba de aceite, limitando el flujo de aceite a las partes vitales del motor y dando como resultado un desgaste rápido y destructivo. También los aditivos detergentes y dispersantes controlan y evitan la formación de los lodos. La formación de lodo en el motor, generalmente es un problema de baja temperatura de operación del mismo. Los depósitos de lodos se forman por la combinación del agua que se condensa, el polvo, los productos de deterioro del mismo aceite y de la combustión incompleta. Las partículas que forman lodos con frecuencia son tan pequeñas durante su fase inicial, que el filtro de aceite no es capaz de removerlas o atraparlas. Hay 43

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muchas de ellas mas pequeñas que el espesor de la película de aceite, sobre las partes móviles del motor y en consecuencia no son capaces de causar desgaste o daños, siempre y cuando se mantengan pequeñas y bien dispersas. Sin embargo, su tamaño se va incrementando dentro del aceite durante su uso. Estas partículas tienden a unirse unas con otras para formar masas mas grandes las cuales, precipitan al fondo del cárter y a las paredes de la tapa de válvulas y tapa de la cadena de distribución. La formación de lodo se agrava por el vapor de agua, el cual condensa en el aceite durante la operación en frio del motor. La tasa de acumulación de lodo en aceite del cárter, está relacionada con muchos factores de la operación del motor, tales como mezclas de aire/combustible muy ricas las cuales ocurren durante el arranque o cuando el difusor de combustible se obstruye. Por otro lado, la operación con el filtro de aire sucio, o casos de fallas de ignición, incrementan la tasa de acumulación de lodo en el aceite. e. Disipar el calor de combustión Muchas personas creen que la refrigeración del motor se lleva acabo solamente por la acción del refrigerante (agua más aditivos) usada en el sistema de enfriamiento. El refrigerante apenas disipa el 60% del calor generado. El sistema de enfriamiento solamente enfría la parte superior del motor, parte superior de los cilindros y las paredes del mismo, es decir el monoblock; así como también la parte interna de la culata. El enfriamiento del cigüeñal, los cojinetes de biela y bancada, las válvulas, los engranajes de distribución, los pistones y muchos otros componentes del motor depende directamente del aceite del motor. Todas estas partes tienen temperaturas limites definidas, muchas de las cuales no se deben exceder. Algunas partes pueden tolerar regularmente altas temperaturas, mientras que otras, tales como los cojinetes de biela y bancada, deben funcionar relativamente frías para evitar que fallen. A estas partes se les debe mantener con un amplio suministro de aceite frio para extraerles el calor y llevarlo hacia el cárter en donde se enfriará transfiriendo el calor al medio ambiente externo. Una idea de las temperaturas específicas puede ser de gran utilidad para comprender el rol del aceite como refrigerante. Las temperaturas de combustión son del orden de los 1000°C a 1650°C. y en ciertas partes de 44

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las válvulas se puede alcanzar temperaturas de 540°C a 1090°C, las temperaturas del pistón pueden llegar hasta 510°C. Este calor se transmite hacia el bulón y cojinetes de las bielas. El estaño y el plomo, los cuales son los componentes sensibles del metal blanco o babbitt utilizado en la fabricación de los cojinetes planos, se ablandan a temperaturas cercanas a 180°C y se funden a los 232°C y a los 327°C respectivamente. Una vez caliente el motor, las temperaturas del aceite en el cárter alcanzan entre 93°C y 121°C y el aceite se suministra a los cojinetes a esta temperatura. El aceite absorbe el calor en los cojinetes y sale de ellos en muchos motores, a temperaturas entre 120°C y 135°C, esto mantiene a los cojinetes en una temperatura segura. El enfriamiento continúo del aceite por recirculación en el cárter es esencial para controlar la temperatura en los cojinetes. Para mantener este proceso de enfriamiento en funcionamiento, grandes volúmenes de aceite deben circular constantemente hacia los cojinetes y otras partes del motor, además, el sistema de enfriamiento por agua debe también operar adecuadamente, procurando que la temperatura de la misma no llegue a los 100°C en forma permanente. Si el suministro de aceite se interrumpe, esas partes se calentaran rápidamente por el incremento de la fricción y las temperaturas de combustión. Cuando un cojinete falla frecuentemente se le llama “cojinete fundido” debido a que las temperaturas se elevan lo suficientemente alto como para efectivamente fundir el metal del cojinete. Aunque se requiere solamente una pequeña cantidad de aceite para proveer la lubricación de cualquiera de las partes en cualquier momento, la bomba de aceite debe poner a circular muchos litros por minuto de aceite, con el objeto de alcanzar esto. Los adictivos químicos y las propiedades físicas del aceite tienen muy poco efecto sobre su capacidad de proveer un adecuado enfriamiento, lo que es crítico es que debe existir una circulación continua de grandes cantidades de aceite a través de todo el motor y sobre las partes calientes del mismo. Esto se logra con el uso de bombas de aceite de gran capacidad y conductos o pasajes de aceite adecuados para manejar el volumen requerido. Dichos pasajes de aceite no pueden realizar este trabajo adecuadamente si se les permite que comiencen a obstruirse, parcial o completamente, con depósitos. 45

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Cuando esto ocurre el aceite no puede circular ni enfriar adecuadamente y rápidamente se producirá la falla del motor. Esta es otra de las razones para efectuar el cambio de aceite antes de que los niveles de contaminación se vuelvan demasiado altos. Un enfriamiento adecuado también requiere que el nivel de aceite en el cárter nunca permanezca por debajo de la marca “mínimo” de la varilla de medición de nivel de aceite en el cárter.

f. Sellar las presiones de combustión Las superficies de los anillos del pistón, las ranuras donde se instalan los mismos y las paredes de los cilindros no son completamente lisas. Si se las examina bajo un microscopio, estas superficies se muestran como diminutas colinas y valles. Por esta razón, el anillo por si solo nunca puede contener completamente las altas presiones de combustión y compresión de aire y evitar que estas escapen hacia las aéreas de baja presión del cárter, con la consecuente reducción de la potencia y eficiencia del motor. El aceite del motor se introduce entre esas colinas y valles de las superficies de los anillos, y las paredes del cilindro ayudan a sellar las presiones de compresión y combustión. Debido a que la película de aceite en estos puntos es sumamente delgada, generalmente menor de 0,025 mm de espesor, la misma no puede compensar cuando existen desgastes excesivos de los anillos, la muesca de los anillos o en las paredes de los cilindros. Donde existan esas condiciones, el consumo de aceite será alto. Pero también puede ser alto en un motor nuevo o reconstruido hasta que las colinas y los valles en dichas superficies tengan la textura lo suficientemente liza para permitir que el aceite forme un sello compacto.

3.4

Lubricantes para motores Diesel 3.4.1. Los lubricantes para motores están conformados por aceites, derivados del petróleo cuya composición fundamental es: Bases (por lo menos el 80%), compuesto por bases parafínicas o sintéticas. Aditivos (hasta el 20%), que proporcionan o modifican ciertas características del ingrediente base, entre estos se encuentran: ·

·

Mejoradores de Índice de Viscosidad

Inhibidores de Corrosión y Herrumbre 46

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· · · · ·

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Detergentes / Dispersantes Depresores del Punto de Fluidez Agentes Antidesgaste Inhibidores de Oxidación Agentes Antiespumantes

Estos aditivos, o el paquete aditivo, es lo que le da las calidades deseables al aceite del motor, y el agotamiento de los aditivos, así como la acumulación de productos de la combustión, son los elementos que limitan la vida de la carga de aceite. ·

Mejoradores del indicie de viscosidad, son sustancias que agregadas a los aceites hacen que su viscosidad varié menos con las distintas temperaturas, aumentando su Índice de viscosidad. En otras palabras, tales aditivos permiten que un aceite pueda ser utilizado en diferentes condiciones de climas o distintas temperaturas de funcionamiento del motor. Tales aceites son los llamados multigrados. Estos aditivos van a permitir: mayor arranque del motor, suministro de aceite más rápido a las piezas en movimiento, protección del desgaste a temperatura ambiente, consumo reducido de aceite y economía de combustible.

·

47

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·

Inhibidores de Corrosión y Herrumbre, son agentes químicos que neutralizan la acción de los ácidos tornándolos inocuos y protegiendo así las superficies metálicas. Los inhibidores antiherrumbre evitan la acción de la humedad sobre los metales ferrosos.

·

Detergentes / Dispersantes Detergentes: Los detergentes son moléculas que contienen átomos metálicos. Estos átomos metálicos pueden ser calcio, sodio, magnesio o bario. Si los detergentes son quemados en el motor, pueden producir residuos o ceniza. La ceniza se origina debido al contenido metálico. Los detergentes hacen una cantidad de diferentes trabajos en el motor. Ayudan a reducir el nivel de laca y otros depósitos en la zona de la ranura de los anillos del pistón. También reducen la tendencia de los anillos a adherirse y engancharse. Muchas veces los detergentes son materiales altamente alcalinos. Debido a ello, pueden neutralizar y reducir los efectos corrosivos de contaminantes ácidos orgánicos e inorgánicos. Por ejemplo, estos contaminantes ácidos pueden provenir del quemado de azufre en el combustible diesel. Cuando el azufre se quema forma óxidos de azufre. Estos óxidos de azufre, unidos al agua producida por la combustión del combustible, forman ácidos, los cuales pueden ser muy corrosivos en el motor. Dispersantes Los dispersantes son componentes aditivos que no contienen componentes metálicos. Si son quemados en el motor, no dejan ningún residuo o ceniza. La parte funcional de la molécula de dispersante está conformada ya sea por átomos de oxígeno o nitrógeno o una combinación de átomos de oxígeno y nitrógenos orientados de maneras especiales. Estos dispersantes son usados para mantener al hollín y otros contaminantes sólidos en un estado finamente disperso o finamente dividido. Los dispersantes reducen la formación de lodo y también reducen la tendencia hacia el bloqueo prematuro de los filtros de aceite. Los dispersantes comprenden entre el 50% y el 60% de la mayoría de aditivos modernos de aceite de motor. 48

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·

Depresores del Punto de Fluidez Los depresores del punto de fluidez son químicos que efectivamente incrementan el rango de trabajo de los aceites bajo condiciones ambientales de bajas temperaturas. Estos químicos inhiben el crecimiento de cristales de cera de aceite. Estos cristales podrían eventualmente crecer para formar una red de látices previniendo el flujo de aceite.

·

Agentes Antidesgaste Los agentes antidesgaste son extremadamente importantes debido a que ayudan a mejorar la lubricación de los bordes bajo condiciones de carga severas. Estos químicos ayudan primordialmente a prevenir el desgaste del sistema de válvulas. Los agentes contra desgaste se agregan a los aceites para permitirles que mantengan una fuerte y deslizante película lubricante que resista las grandes presiones.

·

Inhibidores de Oxidación Los antioxidantes minimizan la oxidación del aceite. Terminan reacciones en cadena que pueden conducir a una mayor oxidación de los contaminantes reactivos. Estos contaminantes podrían formar lacas y resinas si se les permitiera continuar con el proceso de oxidación por efecto de las altas temperaturas.

·

Agentes Antiespumantes Los agentes antiespumantes y antiemulsificantes también son importantes dado que previenen el acarreo de aire y agua en el aceite. Este acarreo puede ocasionar falta de una película viscosa efectiva de aceite bajo condiciones de carga severas. Estos aditivos sirven para modificar la tensión superficial y facilitar la expulsión de burbujas de aire que frecuentemente se forman en circuitos hidráulicos y circulantes y que tan dañinos y perjudiciales resultan.

3.4.2. La Presión de aceite en los motores diesel La lubricación consiste básicamente en mantener separadas las superficies metálicas en movimiento. Esto se logra mediante el efecto HIDRODINAMICO. Bajo estas condiciones, se forma una cuña de aceite, 49

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la cual fluye en la misma dirección de la superficie en movimiento. En otras palabras, se produce también un efecto de BOMBEO del lubricante, lo que obliga a reponer el aceite desplazado para mantener las condiciones hidrodinámicas La reposición del aceite lubricante se efectúa por medio de la bomba de aceite, la cual dirige al aceite, hacia todas las partes a lubricar, impulsando varios litros de aceite por minuto a una presión controlada La presión de aceite es el parámetro más importante que afecta al circuito de lubricación, en motores de lubricación forzada. En la práctica en todos los motores de combustión interna de 2 y 4 tiempos, el lubricante es obligado a circular por diversos conductos al interior del motor, debido a la presión generada por la bomba de aceite. La presión máxima en el circuito dependerá de la válvula reguladora de presión, y la presión mínima del ralentí del motor. Un factor decisivo es la viscosidad del lubricante, un aceite de alta viscosidad (o a bajas temperaturas) mantendrá una presión elevada, como en caso contrario un aceite de viscosidad baja (o de altas temperaturas) mantendrá una presión débil Por este motivo los indicadores de presiones de aceite en los motores, nos dan una orientación sobre las condiciones de lubricación al régimen normal de funcionamiento Presión Baja del Aceite - Causas y Solución Causa posible o Síntoma Testigo presión de aceite no se apaga Bajo nivel de Aceite

Consecuencia, avería o defecto Falta de Aceite

Posible falla del motor

Solución Apague el motor y compruebe el nivel de aceite Llenar de aceite a nivel y buscar posibles fugas

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Testigo presión de aceite se enciende al tomar una curva Viscosidad

del

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Bajo nivel del aceite en el cárter del motor

aceite Mayor consumo de aceite y

reducida por dilución

desgaste del motor

Rellene hasta nivel adecuado

Cambiar el aceite; si el problema persiste,

buscar

fugas

en

el

sistema

Presión alta del Aceite - Causas y Solución Causa posible o

Consecuencia, avería

Síntoma

o defecto

Solución

Posible falla grave del La presión del aceite motor

Apagar el motor; cambiar el aceite motor

permanece alta después

por uno que tenga mejores propiedades Falla

de la partida en frío

potencial

del a baja temperatura

potencial

del

motor Aceite

demasiado

viscoso por causa del hollín, y/o oxidación Válvula

de

Falla motor

Cambiar el aceite y el filtro; revisar los inyectores;

evitar

el

funcionamiento

excesivo en ralentí o mínima.

derivación

deja circular el aceite sin Reducida vida del motor Investigar su posible obstrucción pasar por el filtro Obstrucción

de

succión de la bomba

la Elementos

extraños;

vida reducida del motor

Parar el motor, investigar causa

3.4.3 Clasificación de los aceites para motores diesel Desde hace años se hizo necesario un sistema mediante el cual los aceites de motor pudieran ser clasificados y descritos, tanto para los fabricantes de vehículos, la industria petrolera y los propietarios de vehículos. Los primeros intentos de clasificar e identificar los aceites de motor se hicieron cuando apareció el primer automóvil, pero no fue sino hasta 1911 que la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) Norteamericana, desarrollo un sistema de clasificación basado en la medición de la viscosidad. Pero este sistema, el cual ha ido evolucionando con el paso de los años, solo considera el aspecto de la viscosidad y no la calidad del aceite. 51

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Sucesivamente se fueron creando distintos sistemas de clasificación hasta que en el año 1970 el Instituto Americano del Petróleo (API), la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) y la Sociedad Americana para Ensayos y materiales (ASTM), desarrollaron el sistema API de clasificación de servicio por calidad de aceite para motores. Se puede mencionar que la SAE define las necesidades y las exigencias que los nuevos vehículos requieren para la calidad del aceite para motor, ASTM diseña las pruebas y ensayos a los cuales deben someterse dichos aceites para comprobar su calidad y API genera la nomenclatura y el código común para designar los lubricantes de acuerdo con su calidad. Según lo anterior los aceites para motores diesel los clasificamos fundamentalmente de dos formas: · Clasificación SAE de viscosidad de los aceites: ¿Qué es la viscosidad? La viscosidad de un fluido puede definirse desde un punto de vista práctico como su resistencia a fluir, es por lo tanto, una medida de su fricción interna. Según el Diccionario de la Real Academia Española “La viscosidad es la propiedad de los fluidos que caracteriza su resistencia a fluir, debida al rozamiento entre sus moléculas” La medida común métrica de la viscosidad absoluta o cinemática es el Poise, que es definido como la fuerza necesaria para mover un centímetro cuadrado de área sobre una superficie paralela a la velocidad de 1 cm por segundo, con las superficies separadas por una película lubricante de 1 cm de espesor. La viscosidad varía inversamente proporcional con la temperatura. Por eso su valor no tiene utilidad si no se relaciona con la temperatura a la que el resultado es reportado. Viscosidad dinámica: centipoise (cP) 1 cP = 1 mPa.s 1 cP = 0.01 poise La determinación de la viscosidad absoluta o cinemática requiere mediciones complejas y elaboradas, así, para fines prácticos, en el laboratorio es más sencillo la medición de la viscosidad cinemática.

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La viscosidad cinemática es la relación de la viscosidad absoluta de un aceite y su densidad a la temperatura a la cual se efectúa la determinación de la viscosidad. La unidad es el stoke 1 Stoke = 1 poise / densidad del aceite Debido a que estas unidades son demasiado grandes, se emplea para fines prácticos en centistoke o centipoise que es la centésima parte de estas unidades. Viscosidad cinemática: centistoke (cSt) 1 cSt = 1 mm2/s 1 cSt = (1cP) / (1g/ml) 1cSt = 0.01 stoke Entre los viscosímetros más utilizados para medir la viscosidad de los aceites lubricantes esta el viscosímetro cinemático, que mide el tiempo que tarda un volumen de aceite determinado en fluir a través de un tubo capilar por medio de la fuerza de gravedad. El equipo consta de un baño de aceite con calefactor, un termostato para regular la temperatura a 40°C o 100°C y un viscosímetro cinemático de vidrio. La viscosidad se calcula con la siguiente fórmula: µ=ct Donde: µ = viscosidad en cSt a una temperatura dada. c = constante de calibración del viscosímetro t = tiempo en segundos Ejemplos: Aceite A : 40 cSt a 100°C o 440 cSt a 40°C Aceite B : 68 cSt a 100°C o 750 cst a 40°C. Un aceite delgado es menos resistente a fluir, por eso su viscosidad es baja. Un aceite grueso es más resistente a fluir y por eso tiene una viscosidad más alta. Las viscosidades de los aceites normalmente son medidas y especificadas en centistoke (cSt) a 40°C o 100°C. Frecuentemente se habla de esta viscosidad como viscosidad dinámica o viscosidad cinemática. Esto es la viscosidad absoluta dividido por la densidad del aceite. En la práctica es determinada midiendo el tiempo necesario para que pase una cantidad específica de aceite por un tubo capilar por gravedad a 40°C y/o 100°C. Por esta misma definición 53

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podemos ver que el aceite más viscoso ofrece más resistencia y consume más energía para moverse y permitir el movimiento de las piezas del motor, reductor, transmisión, sistema hidráulico o cualquier otro sistema que tenemos. Normalmente se usa la viscosidad ISO para aceites industriales y viscosidad SAE para aceites automotrices. Los términos de viscosidad ISO y SAE no implican ninguna combinación de aditivos ni propósito específico. Solamente refieren a la viscosidad. A veces se utiliza las medidas de viscosidad SUS (SSU), Redwood, Engler, y otros. Estos sistemas de medición de viscosidad pueden ser convertidos a cSt por formulas matemáticas. Cuando se usa el término “Viscosidad ISO”, se refiere a la viscosidad del aceite en cSt a 40°C (ISO 46 = 46 cSt a 40°C, ISO 150 = 150 cSt a 40°C, etc..). El término “VG” simplemente refiere al Viscosity Grade (Grado de Viscosidad) (VG 46, VG 68, etc.). Este término tampoco tiene que ver con la calidad o su propósito y en general es redundante porque un aceite ISO VG 46 es lo mismo que ISO 46. El término viene de la época antes de la estandarización por la ISO, cuando se fabricaba VG 29, VG 32, VG 37, etc. Además de la estandarización de rangos de viscosidad por la ISO se determinó que en la mayoría de los casos, el equipo diseñando para VG 29 podría funcionar bien con una viscosidad de 32 cSt a 40°C. La ISO permite una variación de 10% encima y debajo de ese número para clasificarse así. Por ende, un ISO 32 puede ser entre 28.8 cSt y 35.2 cSt a 40°C. Lo importante es controlar la temperatura operacional y calcular la viscosidad a esa temperatura. La Society of Automotive Engineer (Sociedad de ingenieros Automotrices), clasifica a los aceites para motores teniendo en cuenta la viscosidad de los mismos y los divide en monogrados (a estos se les asigna un número el cual es indicativo de su viscosidad) y multigrados (se les asigna dos números y entre ellos se coloca la letra W de winter que significa invierno en inglés). Los aceites monogrados tienen la característica de que su viscosidad cambia de manera importante con la temperatura, cuando ésta baja, su viscosidad se incrementa y cuando aumenta su viscosidad disminuye. Entre los aceites monogrados se tienen: - SAE40 Usado en motores de trabajo pesado y en tiempo de mucho calor (verano) - SAE30 Sirve para motores de automóviles en climas cálidos

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SAE20 Empleado en climas templados o en lugares con temperaturas inferiores a 0°C, antiguamente se utilizaba para asentamiento en motores nuevos. Actualmente esto no es recomendable. SAE10 Empleado en climas con temperaturas menores a 0°C.

En la tabla siguiente se puede observar los aceites monogrados más utilizados: SAE

0W 5W 10W 15W 20W 25W 20 30 40 50 60

Viscosidad (cP) a Temp (°C), Máx. Arranque Bombeo 3500 a -30 30000 a -35 3500 a -25 30000 a -30 3500 a -20 30000 a -25 3500 a -15 30000 a -20 4500 a -10 30000 a -15 6000 a -5 30000 a -10

Viscosidad (cSt) a 100°C Mín Máx 3,8 3,8 4,1 5,6 5,6 9,3 5,6