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• Emilio Vera Leal

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Lubricación y Lubricantes I.- Definiciónes 1.- Lubricante: Se llama lubricante a toda sustancia sólida, semisólida o líquida, de origen animal, mineral o sintético que, puesto entre dos piezas con movimiento entre ellas, reduce el rozamiento y facilita el movimiento. 2.- Lubricante es cualquier sustancia que permita separar 2 superficies que poseen un movimiento relativo entre ellas, reduciendo así la fricción y con ello, el desgaste.

II.- Funciones de los lubricantes Los lubricantes, según sus características, pueden cumplir otras misiones: 1.-Sellar el espacio entre piezas: Dado que las superficies metálicas son irregulares a nivel microscópico, el lubricante llena los huecos. En los motores de explosión este sellado evita fugas de combustible y gases de escape y permite un mejor aprovechamiento de la energía. En equipos industriales este principio se observa en actuadores hidráulicos. 2.-Mantener limpio el circuito de lubricación: En el caso de los lubricantes líquidos estos arrastran y diluyen la suciedad, depositándola en el filtro. 3.-Contribuir a la refrigeración de las piezas: En muchos sistemas, de hecho, el lubricante es además el agente refrigerante del circuito. 4.-Transferir potencia de unos elementos del sistema a otros: Tal es el caso de los aceites hidráulicos. 5.-Neutralizar los ácidos que se producen en la combustión. 6.-Proteger de la corrosión: El lubricante crea una película sobre las piezas metálicas, lo que las aísla del aire y el agua, reduciendo la posibilidad de corrosión II.1.- Funciones generales Los lubricantes en general deben cumplir una serie de funciones para cumplir adecuadamente su trabajo. Tales funciones pueden ser genéricas o específicas. Funciones generales Reducir la fricción de las diferentes piezas, con lo cual se minimiza el desgaste de los componentes, se

reduce el ruido, se aprovecha mejor la fuerza trasmitida de una pieza a otra, ahorrando energía y desperdicio de combustible o energía motriz y se prolonga la vida útil de los equipos. Estas cualidades se traducen en reducciones de temperatura de operación. Lubricar o proporcionar un trabajo más suave de desplazamiento de las piezas, independiente de la separación de las superficies. Los beneficios se aprecian esencialmente en ahorros de energía motriz y trabajo más suave y prolongado. Los lubricantes que logran este objetivo permiten a su vez ser usados por períodos más prolongados. Enfriar las diferentes partes de la máquina con las cuales el aceite lubricante tiene contacto. Ya que, éste es el material que puede entrar en contacto directo con las piezas que realizan trabajo, se utiliza como medio inicial para retirar el exceso de calor, transfiriéndolo después a otro medio. Limpiar todos los circuitos y piezas por los que circula, recolectando todas las impurezas existentes, manteniéndolas en suspensión y retirándolas del equipo en el momento en que el aceite es drenado. Existen tres tipos de contaminantes que el aceite debe controlar: 1. Externos, provenientes del medio ambiente en el que se desenvuelve la máquina. 2. Internos, provenientes del mismo equipo, tales como, partículas de desgaste. 3. Propios, debidos a desgaste y descomposición del mismo aceite. Evitar la herrumbre y corrosión en todas las piezas internas, permitiendo un desempeño ideal y prolongando su vida útil. Sellar en diferentes sitios de los equipos en los cuales no hay posibilidad de colocar o agregar otros productos. Sellar en diferentes sitios de los equipos en los cuales no hay posibilidad de colocar o agregar otros productos. II.2.-Funciones específicas Algunos aceites se fabrican para usos muy especiales y por tanto, las funciones que deben cumplir son igualmente singulares:      

Aislar eléctricamente, aceites dieléctricos para transformadores. Transmitir fuerza y potencia, aceites hidráulicos, transmisiones automáticas y tomas de fuerza. Proteger del medio ambiente, aceites para recubrimiento de metales. Transmitir calor, aceites térmicos para transferencia de calor Controlar la dilución por combustible, aceites para motores diesel. No contaminar el medio ambiente, aceites biodegradables, etc.

III.- Características físicas y químicas de los lubricantes. Las características físicas y químicas son de gran valor para permitir uniformidad de los diferentes productos durante su elaboración. También son útiles para determinar los aceites adecuados para cada aplicación de acuerdo con las especificaciones de los OEMs. Así mismo, se

usan en los análisis de aceites usados para identificar variaciones en sus características y sus posibles causas. III.1.- Características físicas Son aquéllas que se miden por procesos físicos. 1. Densidad y gravedad La densidad de una sustancia es la masa de una unidad de volumen a una temperatura determinada. Gravedad específica (densidad relativa) es la relación entre la masa de un volumen de un material a una temperatura designada y la masa de un volumen igual de agua a la misma temperatura. Gravedad API es una función inversa de la gravedad específica y se utiliza primordialmente para derivados del petróleo. En esta escala arbitraria, seleccionada por la API, la gravedad específica del agua se toma como 10.

La gravedad API no implica medida alguna de calidad. 2. Punto de inflamación Es la temperatura mínima a la cual el aceite desprende suficientes vapores que se encienden instantáneamente al aplicárseles una llama abierta. La producción de vapores a esta temperatura no es suficiente para mantener una combustión sostenida. No obstante, si el aceite sigue siendo calentado alcanzar á una temperatura a la cual desprenderá suficientes vapores para mantener la combustión. Esta temperatura se conoce como punto de llama. Se debe recordar aquí que los vapores o gases desprendidos de un líquido son los que combustionan y no el líquido en sí. 3. Punto de fluidez Es la mínima temperatura a la cual un líquido fluye cuando es enfriado bajo condiciones de prueba. El punto de fluidez está determinado por las ceras disueltas en el aceite o por la misma viscosidad del lubricante. Tanto una agitación mecánica como la rata de enfriamiento pueden alterar el punto de fluidez normal, apareciendo inferior al real. Lubricantes sin tratar muestran una gran variación en puntos de fluidez. Crudos parafínicos y otros mixtos presentan puntos de fluidez en el rango de 27°C a 49°C. Una vez sometidos al proceso de desparafinado este rango se reduce de -7°C a -18°C.

4. Viscosidad Probablemente, es la propiedad más importante y conocida de un aceite. Se define como viscosidad la resistencia que presenta cualquier líquido para fluir, resistencia debida a las fuerzas internas de las moléculas a una temperatura y presión determinadas. La viscosidad tiene una relación directa con la formación de la película lubricante. A mayor viscosidad mayor el espesor de la película. 4.1

Índice de viscosidad

El índice de viscosidad es la medida de la variación de la viscosidad de un aceite en función de la temperatura. Esta es una medida arbitraria que fue introducida en 1929 por Dean y Davis. El método consiste en comparar la viscosidad del aceite dado con la de dos aceites patrón: el procedente del crudo de Pensilvania (parafínico), cuya viscosidad varia muy poco con la temperatura, y el procedente del crudo del Golfo de Méjico (naftalénico), que varia mucho su viscosidad con la temperatura. A estos se les asigna un índice de viscosidad de 100 y 0 respectivamente. Se busca que los aceites patrón cuya viscosidad a 210ºF (98ºC) sean iguales a la del aceite problema. A continuación se determina la viscosidad de los tres aceites a 100ºF (38ºC) y se calcula el cociente:

Cuanto más alto es índice de viscosidad, más estable es la viscosidad del aceite. 4.2

Consistencia

Se llama así a la resistencia a la deformación que presenta una sustancia semisólida, como por ejemplo una grasa. Este parámetro se usa a veces como medida de la viscosidad de las grasas. Al grado de consistencia de una grasa se le llama penetración y se mide en décimas de milímetro. La consistencia, al igual que la viscosidad, varía con la temperatura 5

Aceitosidad o lubricidad

Se conoce con estos nombres a la capacidad de un lubricante de formar una película de un cierto espesor sobre una superficie. Esta propiedad está relacionada con la viscosidad; a mayor viscosidad, mayor lubricidad. En la actualidad suelen usarse aditivos para aumentar la lubricidad sin necesidad de aumentar la viscosidad.

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Rigidez dieléctrica

La rigidez dieléctrica o tensión de perforación es la tensión que produce un arco eléctrico permanente entre dos electrodos bien definidos separados 2'5mm, sumergidos en aceite a 20ºC. Se expresa en Kv/cm. La rigidez dieléctrica orienta sobre la capacidad aislante del aceite, así como de la presencia en el mismo de impurezas tales como agua, lodos, polvo, gases, etc. La presencia de impurezas disminuye la rigidez dieléctrica de un aceite. Las impurezas facilitan el paso de la corriente a través del aceite, especialmente que llevan agua en disolución, tales como fibras de papel, gotas de polvo, etc. No ocurre lo mismo con el disuelta en el aceite, que no afecta a esta propiedad.

La temperatura incrementa el valor de la rigidez dieléctrica, hasta alcanza un valor máximo a 100ºC.

Esta propiedad es de especial significación en los aceites de transformador y en los aceites para compresores frigoríficos.

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Formación de espuma

La espuma es una aglomeración de burbujas de aire u otro gas, separados por una fina capa de líquido que persiste en la superficie. Suele formarse por agitación violenta del líquido. La tendencia a la formación de espuma y la persistencia de esta se determina insuflando aire seco en aceite. El volumen de espuma obtenido durante el ensayo determina la tendencia a la formación de espuma del aceite. Al cabo de un tiempo de reposo se vuelve a medir el volumen, y así se determina la estabilidad de la espuma. La espuma provoca problemas en los sistemas hidráulicos y de lubricación:         

Comportamiento errático de mandos hidráulicos Cavitación en bombas Derrames en depósitos Oxidación prematura del aceite Corrosión interna de elementos del sistema Fallos en cojinetes (por insuficiente lubricación) Disminución de la capacidad refrigerante del aceite Disminución de la capacidad de disolución del aceite Flotación de pequeñas partículas de lodo presentes en el aceite

La estabilidad de la espuma se ve favorecida por el aumento de la viscosidad del aceite, la presencia de compuestos polares en el mismo. Por el contrario, la temperatura elevada del aceite y la presencia de aditivos antiespumantes en el aceite reducen la tendencia a la formación de espuma. 8

Emulsibilidad

La Emulsibilidad es la capacidad de un líquido no soluble en agua para formar una emulsión. Se llama emulsión a una mezcla íntima de agua y aceite. Puede ser de agua en aceite (siendo el agua la fase discontinua) o de aceite en agua (donde el agua es la fase continua). Se considera que una emulsión es estable si persiste al cesar la acción que la originó y al cabo de un tiempo de reposo. Los factores que favorecen la estabilidad de las emulsiones son:    

viscosidad del aceite muy alta tensión superficial del aceite baja pequeña diferencia de densidad entre los dos líquidos Presencia de contaminantes.

La presencia de agua en el aceite es siempre perjudicial para la lubricación, ya que, entre otras cosas, puede disolver ciertos aditivos, restando eficacia al aceite. Por lo tanto, siempre es deseable que los aceites formen emulsiones inestables, o separen el agua por decantación. Esto es especialmente deseable en el caso de la maquinaria expuesta a la intemperie. Sin embargo, en algunos casos, como los aceites de corte o los marinos para maquinaria de cubierta, lo deseable es que la emulsiones sean estables.

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Demulsibilidad

Se llama así a la capacidad de un líquido no soluble en agua para separarse de la misma cuando está formando una emulsión. La oxidación del aceite y la presencia de contaminantes afectan negativamente a la demulsibilidad del aceite. La adecuada eliminación del agua facilita en muchos casos la lubricación, reduciendo el desgaste de piezas y la posibilidad de corrosión. Esta propiedad es muy importante en los aceites hidráulicos, para lubricación de maquinaria industrial, de turbina y para engranajes que transmiten grandes esfuerzos. En los aceites de automoción no lo es tanto, debido a la capacidad dispersante y detergente de los mismos. 10 Aeroemulsión La aeroemulsión es una emulsión de aire en aceite, formada por burbujas muy pequeñas (0'0001 a 0'1 cm), dispersas por todo el líquido. Las aeroemulsiones son muy difíciles de eliminar y provocan problemas semejantes a los de la espuma superficial. Esta es una propiedad muy importante en los aceites de turbina y en los hidráulicos de alta presión. Es una característica intrínseca del aceite base y no puede ser modificada con aditivos.

11 Punto de goteo Se llama punto de goteo a la temperatura a la cual una grasa pasa de estado semisólido a líquido. Este cambio de estado puede ser brusco o paulatino, considerándose el punto de goteo como el final del proceso. En las grasas tipo jabón el cambio de estado es debido a la separación del aceite y el jabón al alcanzarse el punto de goteo. La grasa tipo no jabón pueden cambiar de estado sin separarse el aceite del espesante. Se considera que el rango de temperatura útil de una grasa está entre 100 y 150º F por debajo del punto de goteo. La operación en temperaturas próximas al punto de goteo obviamente afectará a la eficacia lubricante de la grasa. El punto de goteo no esta relacionado con la calidad de la grasa. 12 Punto de inflamación Se llama punto de inflamación a la temperatura mínima en la cual un aceite empieza a emitir vapores inflamables. Esta relacionada con la volatilidad del aceite. Cuanto más bajo sea este

punto, más volátil será el aceite y tendrá más tendencia a la inflamación. Un punto de inflamación alto es signo de calidad en el aceite. En los aceites industriales el punto de inflamación suele estar entre 80 y 232 ºC, y en los de automoción entre 260 y 354ºC. El punto de inflamación también orienta sobre la presencia de contaminantes, especialmente gases (los cuales pueden reducir la temperatura de inflación hasta 50ºC en algunos aceites), riesgo de incendios a causa de los vapores y procesos no adecuados en la elaboración del aceite. 13 Punto de combustión Se llama así a la temperatura a la cual los vapores emitidos por un aceite se inflaman, y permanecen ardiendo al menos 5 segundos al acercársele una llama. El punto de combustión suele estar entre 30 y 60 º por encima del punto de inflamación. 14 Punto de enturbiamiento Se llama punto de enturbiamiento a la temperatura a la cual las parafinas y otras sustancias disueltas en el aceite se separan del mismo y forman cristales, al ser enfriado el mismo, adquiriendo así un aspecto turbio. La solubilidad del aceite y el peso molecular de las sustancias disueltas influyen en el punto de enturbiamiento. Como es sabido, la solubilidad esta directamente relaciona con la temperatura de la misma. Al bajar esta, la solubilidad disminuye, haciendo que algunas sustancias disueltas se separen de las sustancias disolventes. El peso molecular de las sustancias disueltas también influye en la capacidad del disolvente (este caso el aceite) para disolverlas. Cuanto menor sea el peso molecular en cuestión más fácil será disolver dichas sustancias. La presencia de sustancias extrañas y el almacenamiento prolongado también influyen en el punto de enturbiamiento. Los contaminantes se combinan o aglomeran parafinas y otras sustancias susceptibles de separarse del aceite, elevando el punto de enturbiamiento. Igualmente, el almacenamiento prolongado favorece la aglomeración de parafinas. El proceso de enturbiamiento es reversible en la inmensa mayoría de los casos. No todos los aceites presentan punto de enturbiamiento: Algunos se solidifican directamente al alcanzar la temperatura de congelación. Esta característica es de especial significación en los aceites que operan en temperaturas ambiente muy bajas, ya que afecta a la facilidad para bombear el aceite y su tendencia a obstruir filtros y pequeños orificios.

15 Punto de congelación El punto de congelación (también llamado punto de fluidez) es la menor temperatura a que se observa fluidez en el aceite al ser enfriado. Se expresa en múltiplos de 3ºC o 5ºF. En los aceites naftalénicos este punto se alcanza por la disminución de la densidad causa por el descenso de la temperatura; en lo parafínicos se debe principalmente a la cristalización de sustancias parafínicas. El punto de congelación se alcanza siempre a temperatura inferior a la del punto de enturbiamiento. Al igual que este, es una característica importante en aquellos aceites que operan a muy bajas temperaturas ambientales.

16 Punto de floculación Se llama punto de floculación a la temperatura a la cual las parafinas y otras sustancias disueltas en el aceite se precipitan formando flóculos (agregados de sustancias sólidas) al entrar en contacto con un fluido refrigerante (normalmente R-12), en una mezcla con un 10% de aceite y un 90% de refrigerante, al ser enfriado el aceite. Esta característica es de especial significación en los aceites que trabajan en elementos de sistemas de refrigeración, en los cuales el refrigerante es miscible con el aceite. III.2 Características químicas de los lubricantes 1. Número de neutralización (acidez, alcalinidad) En un aceite, su grado de acidez o alcalinidad puede venir expresado por su número de neutralización, que se define como la cantidad de álcali o de ácido (ambos expresados en miligramos de hidróxido potásico), que se requiere para neutralizar el contenido, ácido o básico, de un gramo de muestra, en las condiciones de valoración normalizadas del correspondiente ensayo. Existen dos procedimientos para su determinación: el volumétrico y el potenciometrito. El número de neutralización se puede presentar en cuatro distintos valores:

1. N.° de ácido total (TAN), determina todos los constituyentes ácidos presentes en las muestras de aceite, débiles y fuertes. 2. N.° de ácido fuerte (SAN), determina sólo el contenido en ácidos fuertes. 3. N.° de base total (TBN) determina todos los constituyentes alcalinos. Normalmente se utiliza en aceites de motor. 4. N.° de base fuerte, determina el contenido en componentes fuertemente alcalinos, en ciertos aceites de motor de alta alcalinidad. El número de neutralización se suele presentar como TAN y TBN.  Número total ácido o TAN (por sus siglas en inglés) Es la medida de acidez del aceite. Es especialmente útil en aceites lubricantes con servicio extendido para evaluar el proceso de oxidación del fluido. Un aceite se oxida en servicio a causa de la exposición a altas temperaturas. Algunos subproductos de esta oxidación son ácidos orgánicos que tienden a incrementar la acidez del aceite.  Número total básico o TBN (por sus siglas en inglés) Es la medida de alcalinidad del aceite lubricante. Los aditivos utilizados en aceites de motor, contienen componentes alcalinos con el fin de neutralizar los productos ácidos de la combustión, especialmente en motores diesel con combustibles medianos y pesados. La tasa de consumo de tales componentes alcalinos es una indicación del estado del aceite y su vida útil. Los aceites bien refinados y que no contengan cierto tipo de aditivos, no atacan sensiblemente al cobre, pero sí pueden hacerlo por causa de su previa degradación, presencia de contaminantes, o especial aditivación. 2. Punto de anilina El punto de anilina de un aceite viene definido como la temperatura mínima a la que, una mezcla a partes iguales de aceite y anilina, llega a solubilizarse totalmente. Esta característica se determina por medio de un ensayo en el que se produce una agitación entre el aceite y la anilina, controlando la temperatura yen condiciones normalizadas. Dada su estructura molecular cíclica, la anilina muestra mayor solubilidad hacia los aceites aromáticos o nafténicos que hacia los parafínicos, de cadena abierta. Por ello el punto de anilina orienta sobre la estructura de los hidrocarburos constituyentes del aceite. Su valor tiene importancia al evaluar el comportamiento del lubricante frente a los cierres compuestos por materiales de goma y elastómeros. Se determina según ASTM−D−61 1, expresado en OC. La anilina es una amina aromática cuya temperatura de solubilidad es tanto más baja cuanto más aromático sea el aceite.Cuanto más viscoso sea un aceite, a igual contenido en aromáticos (o grado de refino), más elevado será el punto de anilina. En aceites de viscosidades similares, cuanto más aromático sea, más bajo será su punto de anilina.

3. Antioxidantes En términos generales, la oxidación está influenciada por los siguientes parámetros: Temperatura - oxígeno - tiempo - impurezas químicas en el aceite y catalizadores. En consecuencia, el aceite atraviesa por una serie compleja de reacciones de oxidación, existiendo varias teorías sobre este fenómeno, pero la más clara es la llamada de radicales libre, donde la auto-oxidación se forma en tres Los principales antioxidantes utilizados actualmente son: 1. Ditiofosfatos de zinc (también efectivo como inhibidor de corrosión). 2. Fenoles bloqueados (cuales el grupo hidróxilo está bloqueado estéticamente). 3. Aminas: N-fenil-alfa-riaftilamina N-feni Tetrametildiaminodifenilmetano Ácido antranílico 2. Ditiofosfatos metálicos, especialmente de zinc 2. Ditiocarbonatos metálicos, principalmente de zinc. 3. Terpenos sulfurizados. 4. Terpenos fosfosulfurizados. De los cuatro tipos de inhibidores de la corrosión, los de mayor uso comercial son los ditiofosfatos de zinc (dialquil diarilditiofosfato de zinc). 4. Anticorrosivos El término de «inhibidor de corrosión» se aplica a los productos que protegen los metales no ferrosos, susceptibles a la corrosión, presentes en un motor o mecanismo susceptible a los ataques de contaminantes ácidos presentes en el lubricante. Por lo general, los metales no ferrosos en un motor se encuentran en los cojinetes. La mayoría no eran productos puros, sino mezclas de mono, ditriorganofosfitos, obtenidos mediante la reacción de alcoholes o hidroxiésteres con tricloruro de fósforo. 5. Antiherrumbre El término antiherrumbre se usa para designar a los productos que protegen las superficies ferrosas contra la formación de óxido. Tales como los utilizados en turbinas, trenes de laminación, circuitos hidráulicos, calandras, etc., el aceite utilizado debe soportar la presencia de agua, libre y/o disuelta en el mismo. Dicha agua proceder. En la mayoría de los casos de condensación, conduce a la formación de herrumbre en las superficies de hierro o acero de los Sistemas que contienen el aceite. Lo mismo sucede en el interior de cárters o alojamientos para el aceite de engranajes, cojinetes, compresores, motores de explosión, etc.

6. Cenizas sulfatadas Las cenizas sulfatadas de un aceite lubricantes son los residuos, en porcentaje de peso, que permanece una vez quemada la muestra de aceite. El residuo inicial es tratado con ácido sulfúrico y nuevamente se quema el residuo tratado para luego pesarlo. Esta es una medida de los componentes no combustibles que contienen el aceite. Los aceites minerales puros no contienen materiales que formen cenizas. En cambio, gran cantidad de los aditivos utilizados en el aceite lubricante sí contienen componentes metalo-orgánicos los cuales forman residuo en la prueba de cenizas sulfatadas. Cantidades excesivas de algunos aditivos con compuestos metálicos pueden ocasionar problemas, tales como, depósitos en la cámara de combustión y desgaste de anillos. 7. Residuos de carbón El residuo de carbón de un aceite lubricante es el depósito que queda, en porcentaje de peso, después de la evaporación y pirólisis del producto bajo ciertas condiciones de prueba. Los aceites provenientes de un mismo crudo tienen en general una relación directa de sus residuos de carbón con su viscosidad, de forma que a mayor viscosidad, mayores serán sus residuos de carbón. A su vez, aceites de determinada viscosidad elaborados con bases naftécnicas tendrán menos residuos de carbón que aquellos de similar viscosidad pero formulados con bases parafínicas. Aceites lubricantes con procesos de refinación más profundos y severos producirán menores residuos de carbón. Por tanto, la cantidad de residuos de carbón indica el grado de refinación del producto. Obviamente, los aditivos que se incorporan agregan material que aumenta el residuo de carbón. Por ello esta característica se mide para certificar que el lubricante está dentro de los límites impuestos por los fabricantes de los equipos en los cuales el aceite será usado.

IV. Aditivos IV.1 Funciones de los aditivos Los aditivos son compuestos químicos que se agregan a los lubricantes para impartir propiedades específicas de desempeño. Algunos de ellos están encaminados a impartir nuevas características necesarias para cumplir su función y otras destinadas a mejorar las propiedades naturales de un lubricante. IV.2 Propiedades de los aditivos Las exigencias de lubricación de los modernos equipos industriales y automotrices, hace necesario reforzar las propiedades intrínsecas de los lubricantes, mediante la incorporación de compuestos químicos en pequeñas cantidades. Cada aditivo debe cumplir una o varias funciones.

IV.3 Clasificación de los aditivos Básicamente se busca que los aditivos cumplan los siguientes objetivos: 1. Proteger las superficies lubricadas 2. Mejorar el desempeño del lubricante 3. Proteger el lubricante 1. Aditivos para proteger las superficies Para proteger las superficies lubricadas se usan aditivos antidesgaste con el fin de reducir la fricción y el desgaste, bajo condiciones de lubricación límite. Como la película de aceite se adelgaza progresivamente, debido a altas cargas y a altas temperaturas, se produce contacto entre las rugosidades y asperezas de las superficies. Este proceso incrementa la fricción, aumenta la temperatura y crea una soldadura instantánea que se rompe al continuar el deslizamiento entre las superficies. Esto puede causar nuevas rugosidades y además formar partículas de desgaste que causan rayaduras y marcas. Se usan dos tipos de aditivos, de acuerdo a la severidad del trabajo a realizar. 1.1. Agentes para desgaste moderado. Su función principal es reducir el desgaste bajo la acción de cargas moderadas. Por lo general son materiales polares, tales como aceites de ácidos grasos y ésteres. Están constituidos por una larga cadena de materiales que forman una película que se absorbe en las superficies metálicas con los extremos polares de las moléculas enlazadas al metal y proyectándose en posición normal a la superficie. El desgaste se reduce si las condiciones de carga son moderadas. Cuando ocurren condiciones severas de carga, las cargas superficiales quedan sometidas a alto corte y el efecto reductor de desgaste se pierde. 1.2. Agentes de extrema presión. Su propósito es reducir la fricción y el desgaste y evitar rayaduras y agarrotamiento. Se utilizan para los sitios en que existen las más severas condiciones de desgaste y operan cargas elevadas con generación de alta temperatura. Funcionan mediante una reacción química sobre la superficie del metal formando películas de alta tenacidad. Aún en aceites con aditivos de extrema presión, el desgaste de las superficies nuevas puede ser alto inicialmente. Además, para la formación de las películas protectoras se requieren superficies químicamente reactivas, recién formadas (originadas por el desgaste del período de despegue) además de determinadas condiciones de tiempo y de temperatura. El proceso de deslizamiento puede hacer que algunas películas se desprendan, pero su reemplazo se realiza rápidamente por medio de reacciones químicas, con lo cual se evita la pérdida de material. La severidad de las condiciones de deslizamiento indican la reactividad del aditivo de extrema presión que se necesita para obtener la máxima efectividad. Esta reactividad se manifiesta cuando el aditivo reduce el desgaste sin ningún efecto corrosivo. Los compuestos más utilizados son:

  

Dialquil ditiofosfatos de zinc Esteres de ácido fosfórico Sulfuros orgánicos y polisulfuros

Estos aditivos reaccionan con las superficies metálicas formando una película química protectora de más bajo esfuerzo cortante que el metal mismo. No solamente inhibe la soldadura de las dos superficies en contacto sino que también disminuye la remoción de metal debido a la fricción. 1.3. Inhibidores de corrosión. Estos aditivos están diseñados para proteger los metales no ferrosos contra la corrosión. Por lo general, los metales no ferrosos se encuentran en los cojinetes de los motores. Se pueden presentar una gran variedad de formas de corrosión en las superficies metálicas. Una de ellas es la corrosión por ácidos orgánicos, como la que se presenta en las cámaras de alta presión usadas en los motores de combustión interna. Algunos de los metales usados en estas partes, como la aleación de cobre-plomo o plomo-bronce son fácilmente atacadas por ácidos orgánicos en el aceite. Los inhibidores de corrosión forman una película protectora en las superficies de fuerza, que impide que los materiales corrosivos ataquen el metal. La película puede ser absorbida por el metal o adherirse químicamente al mismo. Los principales tipos de inhibidores de corrosión usados actualmente son:    

Ditiofosfato de zinc (dialquil diaril ditiofosfato de zinc) Ditiocarbonato de zinc Terpenos sulfurizados Terpenos fosfosulfurizados.

1.4. Inhibidores de herrumbre. Protegen las superficies ferrosas contra la formación de óxido. Usualmente son compuestos que tienen alta atracción polar hacia superficies metálicas. Forman una capa que impide que el agua llegue a la superficie metálica evitando que se forme óxido. Los materiales más frecuentemente usados para este propósito son los succinatos de amina y los sulfonatos de tierras alcalinas. 1.5. Detergentes dispersantes. Previenen el ataque ácido de los subproductos de combustión y oxidación sobre las superficies metálicas y las mantienen libres de depósitos. Durante la operación de los motores de combustión interna, se presenta unavariedad de efectos que tienden a causar el deterioro del aceite y la formación de depósitos nocivos que pueden dificultar la circulación del aceite. Dichos depósitos se forman detrás de los anillos del pistón y causan atascamiento y rápido desgaste de los anillos. Además afectan la tolerancia y el funcionamiento apropiado de las partes críticas del motor. Una vez formados estos depósitos, debido a su dureza se requieren medios mecánicos de limpieza para removerlos. El uso de detergentes dispersantes en el aceite puede demorar la formación de depósitos y reducir la proporción a la cual se depositan sobre las superficies.

Los detergentes son considerados generalmente como los compuestos químicos que neutralizan los depósitos que se forman bajo condiciones de alta temperatura o como resultado del uso de combustibles con alto contenido de azufre, además de otros materiales que forman productos ácidos de la combustión. Los dispersantes, por otro lado, son compuestos químicos que dispersan o suspenden en el aceite los lodos que se forman, especialmente aquellos que se presentan durante la operación a baja temperatura, ocurre cuando la condensación y la presencia de combustible parcialmente quemado en el aceite. 1.6. Modificadores de fricción. Su propósito es alterar el coeficiente de fricción. Los modificadores de fricción se mencionan con frecuencia cuando se está hablando de baja fricción en aceites de motor y lubricantes para engranajes automotrices con economía de potencial de combustible. Entre los más usados se encuentran:    

Grafito Bisulfuro de Molibdeno Fosfatos de alcoholes de alto peso molecular Esteres grasos

2. Aditivos para desempeño del lubricante 2.1. Depresores del punto de fluidez. Su propósito es permitir que el aceite fluya a baja temperatura. Estos aditivos son polímeros de alto peso molecular que operan disminuyendo la formación de una estructura de cristal de cera que podría dificultar el flujo del aceite a baja temperatura. Los aditivos no previenen totalmente el crecimiento de los cristales de cera pero disminuyen la temperatura a la cual se forma una estructura rígida. Dependiendo del tipo de aceite, la disminución del punto de fluidez del aceite puede llegar a más de 50oF (28oC) por medio de estos aditivos. 2.2. Mejoradores del índice de viscosidad. El Índice de viscosidad de un aceite es una medida de qué tanto cambia su viscosidad con los cambios de temperatura. Los aditivos mejoradores del índice de viscosidad son compuestos químicos que reducen la proporción de cambio de viscosidad. Entre los productos químicos más utilizados como mejoradores del IV figuran:     

Poli-isobutilenos Polimetacrilatos Copolímeros de alquil metacrilato Copolímeros de alquil acrilato Poliestireno alquilatado

Estos productos químicos aumentan la viscosidad del aceite de una manera selectiva respecto a la temperatura, es decir, a medida que esta aumenta, el aditivo produce un efecto de espesamiento en el aceite. Esta «compensación» en la viscosidad extiende el rango de temperatura bajo la cual puede ser utilizado el lubricante. Todos los mejoradores de IV pierden efectividad debido al esfuerzo por cizalladura, aunque algunos son más resistentes que otros. Algunos mejoradores de índice de viscosidad son multifuncionales y trabajan como dispersantes o como depresores del punto de fluidez. En la práctica, la elección del mejorador de IV que se utilice, depende del tipo de trabajo que debe realizar el aceite y del criterio final de costo/ desempeño. 2.3. Agentes de adhesividad. En algunas aplicaciones industriales, se debe evitar el goteo del lubricante, especialmente en aquellos sitios en que existe el riesgo de daño o contaminación del producto en proceso. Para lograrlo, el aceite debe tener una mayor adhesividad y debe ser de textura fibrosa. En algunos casos se usan en la lubricación general de maquinaria textil, máquinas empacadoras y otras aplicaciones generales. Algunos de los agentes de adhesividad más utilizados son polímeros de alto peso molecular, tales como acrilatos y polibutenos. 2.4. Agentes emulsificantes. Su propósito es propiciar la mezcla de agua y aceite para formar una emulsión, especialmente para algunos fluidos hidráulicos y para corte de metales que utilizan estas emulsiones. Los compuestos químicos más utilizados para este propósito son:  

Hidroxialquilamidas m Carboxilato de sodio

3. Aditivos para proteger el lubricante. 3.1. Inhibidores de oxidación. Se utilizan para inhibir la descomposición por oxidación de los lubricantes y los aditivos. Los compuestos químicos más utilizados, son:    

Dialquil Ditiofosfato de zinc Sulfuros y polisulfuros orgánicos Sulfuros fenoles Aminas aromáticas

Estos aditivos tienen la habilidad de descomponer los hidroperóxidos y hacer inofensivos los radicales. Ambas especies promueven la oxidación. Su eliminación de la secuencia de reacción produce un rompimiento de la oxidación.

3.2. Agentes antiespumantes. Su objetivo es prevenir la formación de una espuma persistente en el lubricante. La habilidad de los aceites para resistir la espumación varía de acuerdo al tipo de crudo utilizado, tipo y grado de refinación y a la viscosidad. La habilidad para disipar la espuma es una característica importante, especialmente en aquellos casos en donde la presencia de una pequeña cantidad de espuma puede causar graves problemas al sistema. Es precisamente en estos casos en los que debe utilizarse un aditivo antiespumante. Los compuestos químicos más comúnmente usados, son:   

Polímeros de silicona Polímeros orgánicos Poliacrilatos

3.3. Agentes demulsificantes. Su propósito es ampliar las propiedades de separación de agua y aceite, cuando se ha presentado esta contaminación. Dicha función la realizan concentrándose en la interface aguaaceite para crear zonas de baja viscosidad promoviendo, de este modo, la disminución de la coalescencia y la fase de separación por gravedad. Los más utilizados son:  Polímeros de óxido de etileno  Polímeros de óxido de propileno  Siloxanos  Poliaminas

V. Aceites Lubricantes a. Aceites Minerales Los aceites minerales proceden del Petróleo, y son elaborados del mismo después de múltiples procesos en sus plantas de producción, en las Refinarías. El petróleo bruto tiene diferentes componentes que lo hace indicado para distintos tipos de producto final, siendo el más adecuado para obtener Aceites el Crudo Parafínico. b. Aceites Sintéticos Los Aceites Sintéticos no tienen su origen directo del Crudo o petróleo, sino que son creados de Sub-productos petrolíferos combinados en procesos de laboratorio. Al ser más larga y compleja su elaboración, resultan más caros que los aceites minerales. Son de máxima calidad, especialmente diseñado para vehículos con tratamientos de gases de escape y para cumplir los más exigentes requisitos de los motores de vehículos más actuales. Su estudiada formulación con reducido contenido en cenizas (Mid SAPS) lo hace adecuado para las últimas tecnologías de

motores existentes y a la vez contribuye a la conservación del medio ambiente minimizando emisiones nocivas de partículas. Cualidades que lo hacen altamente recomendado para vehículos gasolina y diesel con o sin turbocompresores y que incluyan tratamientos de gases de escape. Formula optimizada con aditivos antifricción de alta calidad contribuyendo al ahorro de combustible a la vez que proporciona la protección antidesgaste adecuada para motores de altas prestaciones. Bajo consumo de lubricante por su tecnología sintética y estudiada viscosidad. Producto de larga duración, que puede prolongar notablemente los intervalos de cambio de aceite sin sacrificar la limpieza del motor. Excelente comportamiento viscosimétrico en frío; facilidad de bombeabilidad del lubricante en el arranque, disminuyendo el tiempo necesario de formación de película y por tanto reduciendo el desgaste. Su reducido contenido en cenizas, lo hace necesario para la durabilidad de las nuevas tecnologías de disminución de emisiones como filtro de partículas diesel (DPF), contribuyendo por tanto en mayor medida a la conservación del medioambiente que los lubricantes convencionales. Dentro de los aceites Sintéticos, estos se pueden clasificar en:    

OLIGOMEROS OLEFINICOS ESTERES ORGANICO POLIGLICOLES FOSFATO ESTERES

V.1 Bases Lubricantes Aunque las bases vegetales y animales se usan en algunos productos, son las bases lubricantes minerales y sintéticos las que más se encuentran en el mercado por su mayor disponibilidad y características inherentes. Dentro de las bases lubricantes minerales se encuentra gran cantidad de diferencias y clases pero todas ellas se agrupan en tres tipos de bases con propiedades específicas. a. Parafínicas Son bases saturadas con cadenas de hidrocarburos en línea recta o ramificada. Los crudos con este tipo de formación producen gasolinas de bajo octanaje, pero, excelentes kerosenos, aceites combustibles y bases lubricantes. 

Características

      

Resistencia a la oxidación Alto punto de inflamación Alto índice de viscosidad Baja volatilidad Baja densidad Alto punto de fluidez Formación de carbones duros



Bajo poder disolvente

b. Nafténicas Estas bases se caracterizan por sus formaciones con configuración de anillos o saturaciones cíclicas o policíclicas. Las bases lubricantes de este tipo son en general de menor calidad que las parafínicas, aunque a través de procesos especiales de refinación se pueden lograr bases de gran calidad pero características diferentes a las parafínicas. Características        

Poca formación de carbones Bajo punto de fluidez Buena rigidez eléctrica Bajo punto de inflamación Bajo índice de viscosidad Alta volatilidad Gran poder disolvente Densidad media a alta

c. Aromáticas Las bases aromáticas son cadenas no saturadas. Presentan cadenas laterales igualmente no saturadas. Esta configuración las hace químicamente activas y tienen tendencia a la oxidación generando ácidos orgánicos. Características      

Altísima Densidad Bajo punto de inflamación Inestabilidad química Bajo índice de viscosidad Tendencia a la oxidación Emulsionables

V.2 Manufactura de las bases La manufactura de bases lubricantes implica una serie de pasos y procesos a través de los cuales se separan y sustraen diversos compuestos indeseados de los residuos atmosféricos o feedstocks obtenidos de la destilación atmosférica inicial.En un diagrama simple se aprecia el orden en que intervienen los cinco procesos principales. (Figura 5-1) 1. Destilación al vacío 2. Desasfaltado con propano 3. Extracción furfural 4. Desparafinado Methyl Ethyl Ketone (Mek)

5. Hidroterminados o hidrogenación catalítica Los cuatro primeros pasos son procesos de separación. El quinto es una reacción catalítica con hidrógeno.

Figura 5-1. Proceso de fabricación de bases lubricantes

1. Destilación al vacío Ésta es considerada como el primer paso en la manufactura de bases lubricantes. En la destilación al vacío el feedstock o material inicial del proceso, es separado en productos de similar punto de ebullición. Las propiedades que son controladas por este proceso son viscosidad, punto de llama y residuos de carbón.El residuo atmosférico es calentado a la entrada de la torre de destilación al vacío e inyectado a la torre. La torre se mantiene a una presión de un décimo de la presión atmosférica, con lo cual se garantiza que productos con puntos de ebullición de hasta 1000 OF (538 OC) a presión atmosférica, pueden ser vaporizados sin sufrir craqueo termal. En la parte inferior se adiciona vapor para ayudar a la gasificación del feedstock. El resto del proceso es similar a la torre de destilación atmosférica. Los gases a medida que ascienden se van enfriando, condensando y siendo recogidos por bandejas especiales. No obstante, los líquidos retirados contienen porciones de materiales de menor punto de ebullición. Estos compuestos son retirados en la torre de separación y retornados a la torre de destilación al vacío. 2. Desasfaltado con propano Las porciones con mayor punto de ebullición en los crudos contienen resinas y asfaltos. Para lograr una base con un desempeño adecuado, estos materiales deben ser retirados. Mediante el

desasfaltado, se logra retirar gran cantidad de tales materiales. Para esta tarea se mezcla un solvente, generalmente propano, con los residuos de la torre de destilación al vacío. La proporción aproximada es de 7 partes de propano por una de líquido a tratar. Dado que los componentes parafínicos, nafténicos y aromáticos tienen mayor solubilidad en el solvente que las resinas y los asfaltos, éstos se mezclan fácilmente con el propano. La mezcla total se asienta formando así dos fases líquidas. La fase superior corresponde a propano conteniendo los componentes solubles del líquido o residuo inicial. La fase inferior, más pesada, corresponde a material resinoso y asfáltico con algo de propano disuelto. Una vez separadas las dos fases por decantación es retirado el propano de cada una y vuelto a usar. En la fase superior de la torre de desasfaltado se obtiene aceite desasfaltado.  Extracción furfural La extracción furfural separa los compuestos aromáticos de los no aromáticos. El proceso consiste en mezclar furfural con el aceite desasfaltado o incluso con los feedstocks. Al igual que sucede con el proceso con propano, la mezcla con furfural produce dos fases líquidas. Una fase corresponde a los materiales aromáticos disueltos en furfural, en tanto que la segunda, corresponde a materiales no aromáticos con muy poco de solvente. Una vez decantadas las dos fases, se extrae el solvente (furfural) dejando básicos preliminares, aromáticos y no aromáticos. Los principales efectos de la extracción furfural sobre la base que se está manufacturando es el incremento del índice de viscosidad y aumento de la estabilidad a la oxidación térmica.  Desparafinado MEK El siguiente proceso es la remoción de cera, para reducir el punto de fluidez entre otras características. El proceso se inicia con la mezcla inicial de solvente (MEK o tolueno) y calentamiento de la mezcla con vapor. Esto garantiza la destrucción de cristales previamente formados. En seguida, el material pasa en forma controlada. Durante la etapa de enfriamiento se agrega mayor cantidad de solvente. La pasta fría pasa a un agitador y posteriormente a un filtro de tambor que trabaja con presión negativa, dejando la cera en la parte exterior y la mezcla aceitesolvente en el centro. La cera es sometida una última vez a un baño con solvente de forma que se extraiga la mayor cantidad de aceite posible. El aceite pasa a la etapa de separación del solvente para quedar listo para la siguiente fase en caso de requerirse o si no para ser directamente comercializado. La cera a su vez, se maneja como materia prima de otros productos.  Hidrogenación catalítica Para muchas bases lubricantes el desparafinado es el proceso final, no obstante, algunas bases requieren un proceso final para mejorar su color, oxidación o estabilidad térmica. La hidrogenación catalítica, consiste en un juego de catalizadores, a través de los cuales se pasa aceite caliente e hidrógeno. Los catalizadores modifican ligeramente la estructura molecular de cuerpos con color y componentes inestables en el aceite, produciendo aceite con menor coloración y con características de desempeño mejoradas.

V.3 Clasificación de las bases lubricantes De acuerdo con la «American Petroleum Institute» (API) las bases lubricantes se dividen en cinco grupos dependiendo de los procesos para su obtención y sus características de índice de viscosidad promedio. (Tabla 2-1)  Tendencias Las regulaciones gubernamentales respecto a emisiones y la utilización y mejor aprovechamiento de los recursos no renovables, inciden en forma directa sobre lo fabricantes de equipos quienes deben rediseñar sus productos. Adicionalmente, los consumidores exigen cada día mayores garantías, extendidos de drenaje y la posibilidad de realizar cambios de lubricante más rápidos.

Para cumplir con tales requerimientos los fabricantes de equipos (OEM) han venido diseñando productos, específicamente automotores, con motores de baja fricción, mayor eficiencia, mayor aerodinámica, más livianos, con mayor vida útil de convertidores catalíticos, etc. Obviamente, estos cambios exigen un lubricante diferente que a la vez que se adecue al nuevo equipo, también colabore para lograr las metas fijadas por las regulaciones y los consumidores. A su vez, muchas de las nuevas características del lubricante las deben contener implícitamente las bases lubricantes, como son menor viscosidad, mayor índice de viscosidad, menor punto de fluidez y menor volatilidad, por mencionar las principales.

V.4 Aceites monogrados y multigrados. Como se ha explicado, todos los aceites lubricantes sufren una variación de su viscosidad con los cambios de temperatura. Si los aceites se elaboraran todos con las mismas bases pero en

diferentes combinaciones, para lograr diversidad de viscosidades, la rata de variación sería prácticamente la misma para todos. (Figura 5-1).

c.

d. e. Figura 2-4. Aceites monogrados y multigrados

En la práctica se presentan diferencias más o menos significativas. No obstante se han generado diversos rangos de viscosidades a temperaturas predeterminadas (40°C y 100°C) para ubicar los múltiples productos de diferentes viscosidades. Para estos rangos se asumen ratas fijas de variación de la viscosidad contra temperatura. Los rangos, más conocidos como grados de viscosidad, pueden ser representados cada uno por una línea de pendiente constante en un plano viscosidad versus temperatura. Los aceites así representados son de un solo grado o monogrados y aparecen como líneas paralelas en el plano. Ahora bien, si dentro de los aceites se obtiene uno cuya línea de representación no es aproximadamente paralela sino que intercepta dos o más líneas de monogrados dentro de un rango de temperatura estimado (hasta 100°C), se habla de un aceite multigrado. Prácticamente se traduce en que este aceite pasa por varios rangos o grados de viscosidad a lo largo de su variación de viscosidad con la temperatura. La diferencia entre aceites monogrados y multigrados se da primordialmente en aplicaciones automotrices donde las temperaturas varían bastante. Los beneficios de un lubricante multigrado, comparado contra uno monogrados son:   

Menor viscosidad a baja temperatura, permitiendo un arranque más rápido y suave. Alcance más rápido de los diferentes puntos a lubricar mientras el equipo aún está frío. Ahorro de energía gracias a su mejor adaptabilidad a múltiples temperaturas.

  

Mejor protección del equipo a altas temperaturas, dado que su película lubricante es más resistente. Viscosidad adecuada a la temperatura normal de trabajo. Mayor vida útil del lubricante y del equipo. Períodos de cambio más prolongados (según las condiciones de operación propias de los equipos)

V.5 Lubricantes Sintéticos Los términos sintético y sintetizado son usados para describir en realidad las bases usadas en este tipo de lubricantes. Un material sintetizado es aquél que se produce construyendo unidades individuales que posteriormente son unidas en un único producto final. La manufactura de todo aceite sintético se hace con bases sintéticas que suelen extraerse del petróleo. Dichas bases se hacen combinando químicamente compuestos de bajo peso molecular, los cuales tienen viscosidades adecuadas para ser usados como lubricantes A diferencia de los aceites minerales, que son una combinación compleja de hidrocarburos organizados naturalmente, los fluidos sintéticos son elaborados por el hombre organizando su estructura molecular de forma que se obtengan propiedades predecibles V.5.1 Origen Como se ha dicho, los lubricantes sintéticos son elaborados por el hombre a partir de materiales naturales, por ésta razón, se puede concluir que el origen de los aceites sintéticos es en parte el mismo petróleo, del cual se extraen los gases y otros componentes que posteriormente son sintetizados para obtener los aceites sintéticos finales. Desde el punto de vista comercial, los aceites sintéticos nacieron como una necesidad en la segunda guerra mundial cuando se inició el uso de ciertos productos que incluso se conocían de tiempo atrás. Ya en las décadas de 1920 y 1930 se hacían trabajos principalmente a nivel académico, con la tecnología de aceites sintéticos. V.5.2 Características de los lubricantes sintéticos Los lubricantes sintéticos son desarrollados y usados para aplicaciones especiales donde productos obtenidos del petróleo no son adecuados o donde los lubricantes deben presentar características especiales. El uso de aceites sintéticos siempre se recomienda cuando su relación eficiencia-costo es positiva para el equipo y brinda confianza en otros aspectos, tales como, vida útil del lubricante, reducción de consumo de energía y mayor seguridad. No existen lubricantes sintéticos que excedan completamente todas las características de los minerales premium; sin embargo, es posible formular aceites sintéticos para que cumplan con las características específicas para cierta aplicación. Por ello, los productos sintéticos siempre deben ser seleccionados de acuerdo con los requerimientos específicos de la aplicación, siendo en cierta forma, útiles sólo para propósitos definidos. Las características de cada lubricante sintético son dadas por las propiedades físicas y químicas de las bases y el efecto que los aditivos

tienen sobre éstas. Las cualidades físicas y químicas proporcionadas por las bases son, entre otras, comportamiento de la viscosidad con la temperatura, fluidibilidad a baja temperatura, punto de ebullición, compatibilidad con pinturas y sellos, miscibilidad con petróleo, estabilidad hidrolítica y la habilidad para disolver aditivos químicos. Los aditivos, a su vez, modifican ciertas características de los aceites lubricantes como estabilidad a la oxidación, capacidad de carga, protección de la corrosión y pérdida por evaporación. V.5.2.1 Hidrocarburos sintetizados 1. Polialfaolefinas Los lubricantes hechos con polialfaolefinas se caracterizan por la similitud de sus propiedades con las de los aceites minerales tipo premium o sobresalientes, siendo obviamente superiores las del producto sintético. Las polialfaolefinas tienen altos índices de viscosidad, usualmente superiores a 135 puntos de fluidez bastante bajos y buena fluidez a baja temperatura. La estabilidad al corte de la película es excelente, al igual que su estabilidad hidrolítica. Debido a su naturaleza saturada su estabilidad térmica es buena y su volatilidad baja comparada con aceites minerales de similar viscosidad. Esto representa menor evaporación a temperaturas elevadas. En refrigeración las polialfaolefinas tienen baja solubilidad con el amoníaco, con el R22 y otros fluidos y gases refrigerantes. Otra manifestación de la similitud de las polilfaolefinas con los mejores aceite minerales es su compatibilidad con estos productos, con paquetes de aditivos diseñados para trabajar con aceites minerales y con máquinas desarrolladas para trabajar con aceites minerales. Esta última compatibilidad tiene que ver con los sellos, pinturas y combinaciones metalúrgicas. 2. Aromáticos alquilatados Más conocidos como alquilbencenos, se encuentran en dos formas distintas. La primera, un derivado de baja volatilidad, ha sido usada como lubricante para compresores de refrigeración. La segunda forma, de tipo más parafínico y mayor IV, presenta propiedades similares a las polialfaolefinas. El uso de alquilbencenos en compresores de refrigeración no es nuevo. Su uso se inició por razones del mercado quien requer ía aceites para menores temperaturas de refrigeración y de otro lado hacía crecer las inquietudes respecto al suministro de productos minerales nafténicos. Estos productos tienen buena miscibilidad con refrigerantes fluorocarbonados en comparación a su contraparte mineral. El principal inconveniente de estos sintéticos es su deficiente lubricidad, por lo que en la mayoría de los casos se debe combinar con aceites minerales nafténicos. El otro aromático alquilatado encontrado en servicio como lubricantes es el dialquilbenceno. Este material es usado como base en la formulación de aceites para motores, aceites para engranajes y fluidos hidráulicos en aplicaciones bajo cero. Las principales ventajas de los dialquilbencenos son: su mejor compatibilidad con sellos y mayor solubilidad de aditivos, que las

polialolefinas. Sus desventajas son su bajo IV, alto punto de fluidez, mala volatilidad y pobre lubricidad. 3. Polibutenos Los polibutenos de bajo peso molecular poseen buenas propiedades lubricantes, en tanto, que los de alto peso molecular son usados como mejoradores de índices de viscosidad y para incrementar el espesor de otros lubricantes. Los polibutenos en servicio como lubricantes presentan índices de viscosidad entre 70 y 110, dentro de rangos de buenos aceites minerales. Una característica importante, especialmente en trabajos de laminado, formado, extrusión, manejo de metales calientes, es la descomposición completa del aceite a temperaturas por encima de 290°C, en tanto que no deja residuos en el metal, éste puede pasar a otros procesos sin necesidad de limpiezas intermedias. Por el contrario, en el laminado en frío de aluminio, el aceite tiende a quedar en la superficie del metal. Finalmente, los polibutenos son usados en las etapas finales de algunos compresores, en los cuales cualquier residuo de aceite puede ser causa de ignición y explosión. En esta caso cobra gran trascendencia la cualidad de los polibutenos de descomponerse completamente a altas temperaturas. 4. Cicloalifáticos A la vez que estos fluidos tienen grandes coeficientes de tracción, también desarrollan funciones propias de un lubricante, como es el prevenir soldaduras instantáneas y transferencia de metal de una superficie a otra. Bajo estas condiciones muestran una excelente estabilidad. Obviamente, sigue siendo su coeficiente de tracción su característica más resaltante. Ello le permite trabajar en grandes rangos de transmisión de tracción. En un menor grado, estos sintéticos, se usan en rodamientos en los cuales la velocidad y carga pueden ocasionar patinado de los elementos rodantes. De esta forma, se evita pérdida de fuerza, desgaste e incremento de la temperatura.

V.5 Clasificación de los lubricantes Los aceites y lubricantes se clasifican de acuerdo al nivel de servicio (API) y al grado de viscosidad (SAE).  API (American Petroleum Institute) – Instituto Americano del Petróleo El API clasifica los aceites para motores a gasolina con la letra S (servicio) y una segunda letra que indica el nivel de desempeño del aceite referida al modelo o año de fabricación de los vehículos, como lo son: SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG, SH, SJ. Con la letra C (comercial) los aceites para motores diesel y una segunda letra que se refiere al año, al tipo de operación y al diseño, como lo son: CA, CB, CC, CD, CD-II, CE, CF, CF-2, CF-4, CG-4.

Las letras GL que son para aceites de transmisión y diferenciales como: GL-1, GL-2, GL-3 , GL-4 , GL-5.  SAE (Society of Automotive Engineers) La SAE clasifica los aceites de motor de acuerdo con su viscosidad en: UNIGRADOS. Los cuales son: SAE 40 y SAE 50. MULTIGRADOS. Los cuales son: SAE 20W- 40, SAE 20W-50 y SAE 15W-40. De este par de aceites los multigrados brindan mayores beneficios, tales como:   

Facilitan el arranque en frió del motor protegiéndolo contra el desgaste. Su viscosidad se mantiene estable a diferentes temperaturas de operación. Ahorran en consumo de combustible y aceite.

V.5.1 Clasificación SAE – Motor La Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE siglas en inglés) ha definido la clasificación de viscosidades para aceites lubricantes para motores de combustión interna. Se ha tomado como temperatura referencia 100°C porque es una temperatura promedio de operación de los componentes mecánicos del automotor que requieren aceite lubricante. (Ver Tabla 5-2). La «W» como sufijo en algunos grados indica que dicho aceite es útil a bajas temperaturas, como en invierno (winter en inglés).

Tabla 5-2. Clasificación de viscosidad SAE 5300para aceites de motor

V.5.2 Clasificación SAE - Transmisiones Manuales y Diferenciales. Al igual que para el caso de motores la SAE ha definido una clasificación arbitraria para las viscosidades de aceites lubricantes aplicados en transmisiones manuales y diferenciales. La temperatura de referencia continúa siendo 100°C. (Ver Tabla 5-3)

Tabla 2-3. Clasificación de viscosidad SAE J306 para aceites de transmisiones automotrices

V.5.3 Clasificación ISO. Para aceite lubricantes de uso industrial se ha adoptado la clasificación inicialmente desarrollada por la Sociedad Americana de Pruebas y Medidas - sigla en inglés (ASTM) y la Sociedad Americana de Ingenieros de Lubricación - siglas en inglés (ASLE). En un comienzo el sistema se basaba en las viscosidades medidas a 100°F, pero por razones de estandarización se trasladó a 40°C.

Tabla 2-4. Clasificación de viscosidades ISO para aceites industriales

V.5 Índice de viscosidad. Ya se ha dicho que aceites diferentes tienen ratas diferentes de cambios de viscosidad con la temperatura. El índice de viscosidad (IV) es un método que adjudica un valor numérico a esta rata de cambio con base en comparaciones con cambios relativos de dos tipos de aceites ampliamente diferentes. Uno de estos aceites, es el aceite parafínico de Pensilvania, el cual se caracteriza por variar muy poco su viscosidad con la temperatura. A este aceite se le asignó un IV de 100. El segundo aceite corresponde a un nafténico del Golfo de Méjico el cual presenta una gran variación de su viscosidad con la temperatura. A este aceite se le asignó un IV de 0. Estos dos aceites tienen la misma viscosidad a 210°F y la comparación para hallar el IV del aceite en análisis se hace a 100°F mediante la fórmula: IV = 100 x (Visc. 0 - Visc. X) / (Visc. 0 - Visc. 100)

Donde Visc. 0, Visc. 100 y Visc. X, corresponden a las viscosidades a 100°F de los aceites con IV cero, IV cien y el aceite del cual se desea hallar el IV, respectivamente. Un alto índice de viscosidad indica una rata relativamente baja de cambio. Un índice de viscosidad bajo indica por el contrario, una alta rata de cambio. Desde el punto de vista de los aceites monogrados y multigrados se puede decir que los primeros tienen un I.V. menor que los segundos. En aplicaciones donde la temperatura de operación permanece más o menos constante el índice de viscosidad es de poca importancia. Sin embargo, en aplicaciones donde la temperatura de operación varía sobre un amplio rango, como en los motores de combustión interna, esta propiedad adquiere una importancia fundamental.

VI. Grasas lubricantes En la definición anterior, la parte líquida de la grasa puede ser un aceite mineral o cualquier fluido que tenga propiedades lubricantes. El espesante debe ser un material que combinado con el fluido, produzca la estructura sólida o semisólida deseada. Los otros ingredientes son aditivos o modificadores usados para impartir nuevas propiedades o mejorar las existentes. VI.1 Componentes fluidos La mayoría de las grasas producidas hoy en día tienen como componente fluido un aceite mineral o un aceite sintético. Para este propósito se emplean aceites de viscosidad baja o mediana o alta según el tipo de grasa que se desea fabricar. VI.2 Espesantes Los espesantes más utilizados son los jabones metálicos o complejos de jabón. Aunque el tipo de jabón utilizado ha evolucionado a la par con los nuevos diseños y exigencias de las máquinas, los más utilizados a través de los tiempos son:

     

Jabón de calcio Jabón de sodio Jabón de litio Complejo de calcio Complejo de jabón de calcio. plomo Complejo de litio VI.3 Espesantes especiales, diferentes a jabones metálicos:

   

Poliurea Arcillas Bentonita Sílice coloidal

VI.4 Aditivos y modificadores Los aditivos y modificadores más comúnmente usados en las grasas lubricantes son los inhibidores de oxidación y de herrumbre, los depresores del punto de fluidez, los agentes de extrema presión, los modificadores de fricción y algunos colorantes y pigmentos. El bisulfuro de molibdeno se usa en muchas grasas en aplicaciones donde las cargas son muy altas y las velocidades superficiales son bajas. VI.5 Características 1. Consistencia Grado al cual un material plástico, tal como una grasa lubricante resiste a la deformación bajo la aplicación de una fuerza. En el caso de las grasas lubricantes es una medida de la dureza relativa y puede dar indicaciones sobre el flujo y sobre propiedades de dispersión. La consistencia de las grasas debe ser apropiada para cada aplicación. Una grasa muy dura, probablemente no es la más adecuada para ser aplicada por medio de pistola grasera. Sin embargo, si la grasa es muy blanda, puede escurrirse fácilmente. La consistencia también influye en la bombeabilidad, puesto que las más blandas se pueden bombear más fácilmente. 2. Penetración La penetración es una medida de la consistencia efectuada con el penetrómetro ASTM, según la prueba D 217. Las mediciones de penetración están en una escala inversa a la consistencia, es decir, entre más blanda la consistencia mayor el número de penetración. La penetración de una grasa lubricante es la profundidad en décimas de milímetro que un cono estándar penetra en una muestra, bajo condiciones predeterminadas de peso tiempo y temperatura. Generalmente se mide a 25 grados C (77 F). Las mediciones se efectúan con grasa no-trabajada y grasa trabajada. (Ver Tabla 6-1)

3. Viscosidad aparente Es la relación del esfuerzo cortante a la tasa de corte de un fluido no-newtoniano, calculado a partir de la ecuación de Poiseuille y medida en poises. La viscosidad aparente de la mayoría de las grasas varía con los cambios en las tasas de corte y la temperatura. Los fluidos newtonianos, tales como los aceites lubricantes comunes, se definen como aquellos materiales para los cuales la tasa de corte es proporcional al esfuerzo de corte aplicado a una temperatura dada. Es decir, la viscosidad, que es definida como la razón del esfuerzo de corte a la tasa de corte, es constante a una temperatura dada. La grasa es un fluido no newtoniano que no comienza a fluir hasta que el esfuerzo de corte exceda un punto de fluencia. Si el esfuerzo de corte se incrementa de nuevo, la tasa de flujo se incrementa en la misma proporción y la viscosidad, medida por la relación entre el esfuerzo cortante a la tasa de corte, decrece.

Tabla 6-1. Clasificación NLGI

4. Punto de goteo El calor afecta las grasas en diferentes formas: cuando se le calienta, generalmente se ablanda y fluye más rápidamente. A elevada temperatura, la oxidación es más rápida, la separación de aceite aumenta y el aceite se evapora notoriamente. El punto de goteo de una grasa lubricante es la temperatura a la cual cae una gota de material por el orificio de una copa de prueba, bajo condiciones predeterminadas. VI.6 Grasas sintéticas Al igual que su contraparte mineral las grasas sintéticas obtienen la gran mayoría de sus características como lubricantes de los aceites lubricantes que se usan para su manufactura. Es por esto, que se les llama grasas sintéticas a aquellas grasas que tienen en mayor o menor grado

una o más bases sintetizadas. El hecho que el espesante sea de tipo sintético no le da esta calificación a no ser que contenga aceite de origen sintético. 1. Características Las características de operación de las grasas sintéticas dependen de los diferentes componentes que tengan. Es así como los espesantes le dan las características de comportamiento externo o apropiada a las condiciones de operación del equipo, siendo las principales variables, temperatura, humedad, contaminación, velocidad y carga. Cualquiera de estas variables afecta la estabilidad de la grasa o su capacidad de quedarse alojada en el depósito respectivo. Por su parte las bases lubricantes proporcionan las características propias del trabajo de lubricación. En este punto tales propiedades dependen también del tipo de aceite sintético que se use. En forma general se puede hablar de las siguientes características en las grasas sintéticas: bajo torque a temperaturas por debajo de cero grados Celsius, bajas ratas de evaporación, capacidad de soportar cargas altas y medias, buena estabilidad al corte, buena estabilidad a la oxidación, excelente protección a la corrosión, adecuada resistencia al lavado por agua, altos puntos de goteo y buena protección contra el desgaste. 2. Beneficios Los beneficios obtenidos al usar grasas sintéticas son dados por las características sobresalientes de estos productos con respecto a grasas minerales. Adicionalmente, los beneficios dependen de la operación a la que se somete cada producto. Como se dijo anteriormente, cada tipo de aceite lubricante sintético presenta propiedades específicas para cada aplicación. Entre otros beneficios se puede resaltar: el arranque a bajas temperaturas, mayor vida útil de la grasa y mayores períodos de relubricación, conservación de la energía y menor consumo de lubricantes.

VII Tipos de lubricación I.

Lubricación hidrodinámica

Mantener una capa de líquido intacta entre superficies que se mueven una respecto de la otra, se logra generalmente mediante el bombeo del aceite. Entre un cigüeñal y su asiento existe una capa de aceite que hace que el cigüeñal flote. El espesor de esta capa depende de un balance entre la entrada y la salida de aceite. El espesor de equilibrio de la capa de aceite se puede alterar por: a. Incremento de la carga, que expulsa aceite b. Incremento de la temperatura, que aumenta la pérdida de aceite c. Cambio a un aceite de menor viscosidad, que también aumenta la pérdida de aceite d. Reducción de la velocidad de bombeo, que disminuye el espesor de la capa

La lubricación de un cigüeñal que rota dentro de su bancada es un ejemplo clásico de la teoría de la fricción hidrodinámica, como fue descripta por Osborne Reynolds en 1886. La teoría asume que bajo estas condiciones, la fricción ocurre solamente dentro de la capa fluída, y que es función de la viscosidad del fluído. II.

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. III.

Lubricación límite

a)

La película de lubricante es tan fina que existe un contacto parcial metal-metal. La acción resultante no se explica por la hidrodinámica. Puede pasarse de lubricación hidrodinámica a límite por caída de la velocidad, aumento de la carga o disminución del caudal de aceite. En este tipo de lubricación (de película delgada, imperfecta o parcial) mas que la viscosidad del lubricante es más importante la composición química. Al proyectar un cojinete hidrodinámico hay que tener en cuenta que en el arranque puede funcionar en condiciones de lubricación límite.

b) c) d) IV.

Lubricación hidrostática a. Se obtiene introduciendo a presión el lubricante en la zona de carga para crear una película de lubricante. b. No es necesario el movimiento relativo entre las superficies. c. Se emplea en cojinetes lentos con grandes cargas. d. Puede emplearse aire o agua como lubricante.

Sistemas de lubricación El principio de funcionamiento consiste en utilizar una bomba para repartir grasa o aceite desde un depósito central hacia los puntos de lubricación de forma completamente automática. Este

sistema aporta perfectamente las cantidades de grasa o aceite especificadas por los fabricantes de maquinaria. Todos los puntos de lubricación alcanzados reciben el suministro óptimo de lubricante, reduciendo el desgaste. Como consecuencia se incrementa considerablemente la vida de servicio de los elementos de la máquina y a su vez se reduce el consumo de lubricante.  

Sistemas de lubricación centralizada de circuitos múltiples Sistema para lubricación hidrostática

Bombas de circuito múltiple Aplicaciones Guías y cojinetes en máquinas herramientas. Principio Las bombas de circuito múltiple garantizan un flujo constante de aceite incluso en casos de contrapresiones irregulares. Cada punto de lubricación constituye un circuito independiente de la bomba. El aceite descargado forma una película extremadamente fina de lubricante. La pieza se levanta unos pocos µm y literalmente flota a través del lecho de la máquina. La elección de la medida de los huecos de lubricación hace posible que mantenga la presión en el hueco dentro de los límites designados. Se usa un aceite con una viscosidad promedio, con excepción de unas pocas tareas especiales. Componentes   

Bombas de engranaje o circuito múltiple. Válvulas de seguridad, distribuidores. Líneas principales y secundarias.

Ventajas    

Cojinetes sin holguras. Movimiento libre de tirones. Corriente de bajo ruido. Libre de desgaste.

Sistema para Lubricación de cadenas Aplicaciones La industria del automóvil utiliza tanto cadenas de arrastre como cadenas transportadoras en líneas de pintura, hornos, línea de chapa, montaje, sistemas de transporte, etc. La industria Alimenticia utiliza cadenas para sistemas de esterilización, mataderos, hornos, transportadores de botellas y envasadoras, etc. Las cadenas se usan en multitud de industrias: construcción, madera, rotativas, etc.

Principio Se puede aplicar el aceite directamente al exterior (sistemas UC), inyectar la grasa dentro de los rodillos de los transportadores con la ayuda de un sistema de transporte (sistema GVP) o con un rociado de aerosol directamente a los puntos de lubricación (Vectolub). Opcionalmente se puede elegir un sistema de control para monitorizar la cantidad exacta de lubricante, incluso cuando la cadena está en movimiento.  Sistemas UC: Una bomba electromagnética de pistón alimenta las toberas de aceleración con aceite, que reparten cantidades exactas (20, 40 o 60 mm³) directamente en el punto de lubricación.  Sistemas GVP: Un detector de proximidad detecta el paso de la cadena y acciona una cabeza de inyección alimentada desde una bomba que lubrica dentro del punto de engrase del rodillo del carro transportador (0,35 a 1 cm³).  Vectolub: El lubricante suministrado por una micro bomba se mezcla con una corriente de aire a presión en la tobera de proyección. Esto produce micro partículas de aceite que son transportadas por la corriente de aceite al punto de fricción sin la formación de niebla. Ventajas  Lubricación automática completa de la cadena sin interrupciones.  Cantidades medidas de lubricante.  Estudios personalizados de procesos de lubricación.  Lubricación precisa y ecológica.

Sistemas de lubricación por cantidades mínimas por aire comprimido Aplicaciones Herramientas neumáticas, cilindros y actuadores, herramientas de corte, unidades de avance, cojinetes, rodamientos, electrodos para soldadura. Otros posibles usos son la lubricación por pulverización sobre el punto o con cepillos:   

Pulverización con aire (ensamblaje de herramientas). Engrase de pequeñas partes (líneas de producción). Lubricación de cadenas.

Principio Los inyectores de aceite y las microbombas miden y reparten el lubricante. La mezcla del aceite con el aire se realiza en el momento de inicio de la circulación del flujo. La cantidad de aceite se ajusta con el casquillo dosificador del inyector. La microbomba puede usarse para una gran cantidad de sistemas de lubricación. Componentes  Inyectores de aceite.

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Depósito. Cuando el sistema requiere pocos puntos de lubricación, es posible combinar varias cabezas inyectoras con un depósito de lubricante central.

Ventajas  Cantidad óptima para cada punto de lubricación independientemente de la longitud de línea y sección.  Suministro de lubricante desde un depósito central, incluso a través de una línea con aceite a presión en el caso de cabezas inyectoras.  Los elementos de regulación pueden actuar individualmente o por grupos.  Rápidas cadencias de pulsos.  Medidas reducidas.  Ecológico: No hay aceite en el aire extraído.

Sistema MQL Interno Aplicaciones Tornos, fresas, mandrinadoras, taladros, centros de mecanizado de alta velocidad y precisión, sierras y trazadoras, etc. Principio de funcionamiento Con este sistema se produce un aerosol en el depósito del equipo y se alimenta a través del husillo de la herramienta. El aceite suministrado se evapora sin dejar residuo cuando se alcanza el punto óptimo de operación. La lubricación por cantidades mínimas es la alternativa limpia al mecanizado húmedo tradicional y el camino ideal para ofrecer mecanizado en seco. En lugar de los lubricantes acuosos de refrigeración convencionales (emulsiones, soluciones) se utilizan biolubricantes sin base acuosa. Se puede estudiar la optimización de procesos especiales de mecanizado con la ayuda de aditivos. Ventajas  No se requieren lubricantes refrigerantes.  Se pueden eliminar todos los componentes de la máquina herramienta relacionados con las taladrinas (filtros, sistemas de bombeo, etc.).  Sin costes añadidos para la limpieza de las virutas y lubricantes refrigerantes.  No hay necesidad de limpiar las piezas mecanizadas. Mejora de productividad  Importante reducción del tiempo de operación (30 a 50 %).  Mayor eficacia de corte.  Puede aumentar la vida de la herramienta hasta un 300%.  Control más fiable de los procesos de producción.

Explotación de las ventajas tecnológicas  Soluciones para los fabricantes de máquina herramienta y fácil retrofit.  Posibilidad de uso paralelo de mecanizado húmedo y en seco.  No se requieren cambios en el diseño de los husillos.  Mejor acabado superficial de las piezas.

Sistema MQL Externo Aplicaciones Herramientas de corte y conformado. Principio de funcionamiento Con la lubricación externa por cantidades mínimas se atomiza cantidades exactas de lubricante junto con aire comprimido. Esto produce micropartículas que las cuales son transportadas a los puntos de fricción a través de un chorro de aire a presión. El lubricante bajo presión y el aire comprimido se transporta hasta la tobera pulverizadora a través de tuberías coaxiales de manera continua y por separado. La generación de las micropartículas tiene lugar en la salida de la tobera. El lubricante se pulveriza y entra como partículas extremadamente finas con el caudal del aire comprimido. Este aire a presión transporta estas micropartículas hasta el punto de fricción con precisión y exactitud. La regulación de las cantidades requeridas de lubricante y aire pulverizado, así como el ajuste de la presión dentro del depósito de lubricante se hacen manualmente con la ayuda de válvulas de control. Componentes  Componentes de aceite.  Componentes de aire y toberas de pulverización. Esos componentes se pueden instalar por separado o en carcasas previamente preparadas Ventajas  La adaptación de máquinas herramientas convencionales es económica.  Sin goteos en la tobera tras la aplicación.  Se pueden alcanzar grandes distancias de pulverización (hasta 300 mm).  Sin creación de nieblas de aceite.

Bibliografía

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MOTT, Robert L. "Mecanica Fluidos Aplicada". 4 Edición, Editorial Prentice Hall



FRANZINI, Joseph B. "Mecánica de fluidos con aplicaciones en ingeniería." 9ª ed.

McGraw-Hill, D. L. 1999. 

"Lubrication Sistem Plataform" Presented by Lubrication Systems Business

Manager SKF. LatinAmericaArea 2007-08-11. 

"Introducción a la Lubricación" Campus Tecnológico Universidad de Navarra.