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DIVISIÓN ACADÉMICA DE MECÁNICA INDUSTRIAL

Unidad 3 Sistemas mecánicos

“Lubricación” Mecatrónica 9° “B”

Jesua Salathiel Terrones García Zeus González Galicia José Manuel Pelenco Ramírez Juan Carlos Nava Cabello Agosto 2014

Mecánica para Automatización

DIVISIÓN ACADÉMICA DE MECÁNICA INDUSTRIAL Contenido Introducción ...................................................................................................................... 3 Lubricación con grasa....................................................................................................... 4 El propósito de la grasa .............................................................................................. 4 Los tres componentes de la grasa .............................................................................. 5 Recomendaciones ........................................................................................................ 8 Lubricación con aceite .................................................................................................... 10 Método de lubricación con baño de aceite: ............................................................ 10 Método de lubricación por circulación de aceite: .................................................. 10 Tipos de lubricación. .................................................................................................. 11 Lubricación hidrodinámica:.................................................................................... 11 Lubricación límite: ................................................................................................. 11 Lubricación hidrostática ......................................................................................... 11 Problemas causados por la falta de lubricación .............................................................. 12 Fricción: ...................................................................................................................... 12 Desgaste ...................................................................................................................... 12 Temperatura de superficie .......................................................................................... 13 Referencia electronica .................................................................................................... 14

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DIVISIÓN ACADÉMICA DE MECÁNICA INDUSTRIAL Introducción ¿QUE ES LUBRICAR? Lubricar es interponer entre dos superficies, generalmente metálicas expuestas a fricción, una película fluida que las separe a pesar de la presión que se ejerza para juntarlas. La lubricación elimina el contacto directo de las superficies metálicas, impide su desgaste y reduce al mínimo el rozamiento que produce pérdida de potencia. IMPORTANCIA DE LA LUBRICACION: Los costosísimos y complicados equipos industriales que requiere la industria moderna no podrían funcionar, ni siquiera unos minutos, sin el beneficio de una correcta lubricación. El costo de ésta resulta insignificante comparado con el valor de los equipos a los que brinda protección. La utilización del lubricante correcto en la forma y cantidad adecuada ofrece entre otros los siguientes beneficios. 1. Reduce el desgaste de las piezas en movimiento. 2. Menor costo de mantenimiento de la máquina. 3. Ahorro de energía. 4. Facilita el movimiento. 5. Reduce el ruido. 6. Mantiene la producción.

ELEMENTOS BÁSICOS QUE REQUIEREN LUBRICACIÓN: Por complicada que parezca una máquina, los elementos básicos que requieren lubricación son: 1. Cojinetes simples y antifricción, guías, levas, etc. 2. Engranajes rectos, helicoidales, sin fin, etc., que puedan estar descubiertos o cerrados. 3. Cilindros como los de los compresores, bombas y motores de combustión interna. 4. Cadenas, acoples flexibles y cables.

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DIVISIÓN ACADÉMICA DE MECÁNICA INDUSTRIAL Lubricación con grasa El propósito de la grasa Grasas son lubricantes que tienen que quedar en su lugar, manteniendo un aceite disponible para cuando una pieza (cojinete, rodamiento, eje, etc.) lo requiere. Para esto podemos considerar que es como aceite en una esponja. La esponja saturada por aceite está sentado en el cojinete o su mazo esperando que la pieza chupe el aceite que necesite. La grasa tiene que ser resistente a las fuerzas de gravedad, fuerzas centrífugas, presiones, etc. En este sentido es muy diferente a un aceite, el cual tendría que ser demasiado espeso para mantenerse en su lugar. La dureza de la grasa se llama consistencia, y es medida por un péndulo que se coloca sobre la grasa para medir cuanto penetra. Entre más penetra, más bajo el número NLGI. (National Lubricating Grease Institute). Para esta prueba se mide la penetración en decimos de milímetros. En esta tabla pueden ver que una grasa donde el cono o el péndulo penetra 410 mm a la grasa, se califica como grasa NLGI # 00. Si apenas penetra 240 mm, se clasifica como grasa NLGI #3. Grado NLG

PENETRACIÓN: Cono de Características 150 g Grasa a 25°C (0.1 mm

000 00 0 1 2

445-475 400-430 355 – 385 310 – 340 265 – 295

3 4 5 6

220 – 250 175 – 205 130 – 160 85 – 115

Semi Líquida Semi Líquida Semi Líquida Muy Blanda Blanda (Autos, Industria, etc.)

Camiones,

Liviana Mediana Pesada Bloque

La consistencia de la grasa no tiene nada que ver con la viscosidad del aceite que contiene. Es posible, y muy común, fabricar grasas de consistencia NLGI #000 (semiliquida) con aceites espesos (ISO 320) y grasas NGLI #3 con aceite delgado (ISO 25). En muchos casos la única diferencia entre el número 0 y el número 3 en la misma grasa de la misma marca es la cantidad de esponja (espesante) que contiene. Mecánica para Automatización

DIVISIÓN ACADÉMICA DE MECÁNICA INDUSTRIAL Estos términos son los de la industria. Cuando escuchamos “grasa dura”, frecuentemente se refiere a una grasa número 3, ya que poca gente conoce las de consistencia NLGI #4, #5, y #6. Las grasas minerales resultan de agregar a los aceites, espesantes (jabones metálicos, Ca, Na, Li, Ba; combinaciones de éstos con Pb) y/o lubricantes sólidos. Además de ser las más utilizadas a nivel industrial. Las grasas protegen el mecanismo a lubricar del contacto con el agua, polvo, etc., (sellado) y permiten mantener la lubricación cuando los líquidos no servirían por motivo de fuerzas centrífugas, o cuando la re lubricación es económicamente injustificable.

Los tres componentes de la grasa 1. Aceite: Cada grasa está formulada con una viscosidad y tipo de aceite que le dará las características de lubricación hidrodinámica deseadas.  La Viscosidad del aceite básico dependerá de la velocidad y área de contacto de los cojinetes o rodamientos que debería proteger. Tal como aceites para reductores, se selecciona la viscosidad del aceite básico de la grasa.  La Calidad del aceite básico dependerá de la frecuencia de engrase requerida o el precio que quieren cobrar por la grasa. Puede ser aceite napthénico, parafínico, API grupo I, API grupo II o sintético. Entre más alta la calidad del aceite básico, más resistencia a la oxidación y menor frecuencia de re-engrase.  2. Espesante (esponja o jabón):El espesante utilizado depende del tipo de trabajo requerido, las temperaturas operacionales, la presencia o ausencia de agua, u otros factores.  Grasas de sodio son baratas, pero no resistan agua.  Grasas de calcio son baratas, pero no resisten calor ni velocidad.  Grasas de litio simple son un poco más caras y parcialmente resistentes al agua, temperatura y velocidad  Grasas de Complejos de Litio son más caras pero mucho más resistentes al lavado por agua y goteo por temperatura, mientras resisten mucho más velocidad sin volar. Mecánica para Automatización

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 Grasas de Arcilla son similares en costo al complejo de litio, pero no tienen punto de goteo. No derriten. Tampoco se lavan con agua. Son ideales para altas temperaturas y condiciones mojadas. Pero tienen limitaciones en altas revoluciones.  Grasas de Polyurea son más caras que estas otras, típicamente son similares al complejo de litio en resistencia al agua y temperatura, pero mucho más resistente a altas revoluciones.

3. Aditivos: Normalmente comportamiento.

una

grasa

tendrá

aditivos

para

mejorar

su

 Anti-oxidantes para evitar su oxidación y descomposición.  Extrema Presión: Aditivos similares a los que encontramos en aceites de extrema presión o polares para anti-desgaste (AW) como se usa en aceites hidráulicos para reducir el desgaste. También pueden tener molibdeno o grafito para mejorar sus características de fricción en cojinetes y superficies deslizantes.  Anti-corrosivos: Aditivos polares que cubren las superficies y las protegen contra herrumbre o corrosión.  Pegajosidad: Algunas grasas tienen aditivos para mejorar su adherencia

Definiciones prácticas en el mercado 

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Las grasas “multi-uso” normalmente son formuladas con aceite básico entre ISO 150 y ISO 220, ya que esta es la viscosidad más común para los diseños típicos de reductores y rodamientos. Las grasas “multi-uso” pueden tener aditivos o no. Solamente la ficha técnica y el precio indicará la protección que provee. La “grasa para chasis” no tiene una especificación técnica ni requerimiento en términos generales. En algunas marcas tendrá aditivos EP, en otras no. La “grasa para rodamientos” tampoco tiene una especificación técnica. El vendedor debería preguntar “¿Qué rodamientos?” “¿Cuántas rpm?” “¿Qué temperatura?” “¿Dónde se aplica y cómo?”

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La “grasa azul” o “grasa roja” tampoco tiene especificación técnica. Es un colorante que cada marca pone a sus grasas para facilitar el uso en una planta, identificando sus grasas. Observamos una licitación del gobierno buscando “grasa gruesa”. Mientras esto demuestra la falta de educación de parte del funcionario, no tiene ninguna característica técnica.

¿Grasa o Aceite? Algunos cojinetes o reductores son lubricados por aceite mientras otros son lubricados por grasa. Hay ventajas y desventajas de ambos. Cuando pensamos en convertir un sistema de grasa a aceite, tenemos que volver a mirar la viscosidad del aceite básico de la grasa recomendada para ese equipo. Si la recomendación es para una grasa multipropósito, el aceite correcto para lubricarlo probablemente sería un aceite para engranajes con aditivos de extrema presión y una viscosidad ISO 150 o ISO 220. El uso de un aceite muy viscoso con la apariencia de una grasa dejaría los cojinetes secos y subiría la temperatura del sistema.

Ventajas de grasa Se queda en su lugar sin chorrear Sellan contra contaminantes No requieren sistemas de circulación Reducen la suciedad por goteo, perdida o Mantiene aditivos en suspensión fácilmente Apropiado para sistemas intermitentes Operan bajo condiciones extremas Amortiguan los sonidos Sellan por vida Típicamente consumen menos energía

Desventajas de grasa No siempre llegan donde se requiere lubricación No limpian o eliminan partículas de desgaste No enfrían

Desventajas Un exceso de grasa puede provocar un recalentamiento. La grasa debe ocupar 20 a 30% del volumen libre en el interior del rodamiento. Mecánica para Automatización

DIVISIÓN ACADÉMICA DE MECÁNICA INDUSTRIAL Excepciones: - La cantidad de grasa puede ser aumentada en un 20% para los soportes que dispongan de un orificiode evacuación de la grasa, - Un rodamiento que gira a una baja velocidad tolera un llenado completo. Recomendaciones El uso de una grasa que no dice EP en la etiqueta es como el uso de aceite SA o aceite reciclado sin aditivos en el motor. Las recomendaciones de grasas normalmente no son muy específicas. Cuando el catálogo dice que use “Grasa #2”, hay que hacer el trabajo que debía haber hecho la fábrica y determinar la mejor grasa por características y pruebas. Hay que tomar el tiempo para entender la operación del equipo y las fichas técnicas de los productos. Cuando un catálogo recomienda una grasa por nombre y marca, hay que buscar las calidades de esa grasa para ver el equivalente en la marca que prefiere, si es que hay. Su proveedor debería poder ayudarle a descifrar las fichas, pero tenga cuidado en revisar sus fichas para verificar lo que dice. Algunos dirán cualquier cosa para conseguir la venta. Al escoger las grasas para una planta, se debe tratar de reducir la cantidad de productos para reducir errores, tomando en cuenta:  

Al revisar la ficha técnica de una grasa, busque la viscosidad del aceite básico. El aceite básico de la grasa debería ser lo que se usaría si la lubricación fuera por aceite. o Más rpm, menos viscosidad del aceite básico o Menos rpm, más viscosidad del aceite básico o Más carga, más viscosidad del aceite básico o Menos carga, menos viscosidad del aceite básico

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Es muy común encontrar equipo de alta carga y bajas revoluciones que utiliza grasa NLGI #0 o 1 (blanda) formulada con aceite básico ISO 320 o 460 (bien viscoso).

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También es común encontrar equipo de altas revoluciones que utiliza grasa NLGI #3 (liviana o semi-dura) formulado con aceite básico ISO 100 (poca viscosidad). Selecciona el espesante (esponja) de acuerdo a la aplicación y condiciones de trabajo.

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Selecciona la consistencia (cantidad de espesante) de acuerdo a las recomendaciones de la fábrica. Lo más común es #2, pero mayores revoluciones puede necesitar #3. Selecciona la protección Timken® de acuerdo a las cargas del equipo. Normalmente puede encontrar una variación entre 0 libras a 75 libras (0 a 34 Kg.). Las grasas son formuladas para los usos recomendados y las buenas son homogenizadas. La adición de otro aceite puede causar problemas de compatibilidad entre aditivos y por no ser homogenizado, será expulsado de la grasa rápidamente. Los puntos críticos para revisar al escoger la grasa son:  Consistencia NLGI  Viscosidad del aceite básico  Aditivos EP (protección Timken®)  Resistencia a las temperaturas operacionales  Resistencia a las condiciones ambientales del trabajo (humedad, gases, tierra, etc.)

Cuando está buscando una “grasa para chasis” busque el símbolo del NLGI que certifica su uso para chasis con las letras LB. Esto evitará muchos problemas de interpretación y facilitará la lectura de la ficha técnica.

Cuando está buscando una grasa para rodamientos, busque el símbolo GC-LB que indica su recomendación para rodamientos o chasis. Esta recomendación general le ayudará a cumplir con la mayoría de sus requerimientos.

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DIVISIÓN ACADÉMICA DE MECÁNICA INDUSTRIAL Lubricación con aceite El aceite se suele emplear cuando las elevadas velocidades o las altas temperaturas de funcionamiento no permiten el uso de grasa, cuando es necesario evacuar del rodamiento el calor, o cuando ya existe un sistema de suministro de aceite centralizado. Los orificios de entrada y drenaje adecuados para la mayoría de las aplicaciones lubricadas con aceite son estándar en los soportes SAF, y se pueden suministrar indicadores visuales y otros accesorios especiales.

Método de lubricación con baño de aceite: Un simple baño de aceite es adecuado para muchas de las aplicaciones lubricadas con aceite. Cuando el rodamiento no gira, el nivel de aceite debe estar más o menos en el centro del elemento rodante que ocupe la posición más baja. La dimensión de este nivel se muestra con los datos del producto. Para velocidades más altas, el nivel debe ser ligeramente inferior para reducir los efectos de la agitación del lubricante, unos 3 mm (1/8 pulg.) por encima de la esquina del camino de rodadura del aro exterior del rodamiento. Se debe usar un indicador visual para monitorizar el nivel de aceite durante el funcionamiento. Se monta en uno de los orificios de drenaje en la base del soporte. El nivel de aceite estático se debe marcar en el indicador visual durante el montaje y se debe marcar un nivel de funcionamiento inmediatamente después de la puesta en marcha. Dependiendo del tipo de rodamiento, de la velocidad y dirección de giro, el nivel de funcionamiento aumentará o disminuirá respecto al nivel estático.

Método de lubricación por circulación de aceite: El aceite se introduce por uno de los orificios de entrada en la tapa del soporte y se drena por uno o ambos lados de la base. Para los rodamientos de rodillos a rótula, el aceite se debe introducir por el orificio central de la tapa y se drena por ambos lados de la base. Para los rodamientos de bolas a rótula y los rodamientos CARB, el aceite se debe introducir por el orificio descentrado de la tapa y se drena por el lado opuesto de la base para que el aceite se vea forzado a pasar por el rodamiento. Los drenajes deben descender inmediatamente hacia el exterior del soporte para evitar la acumulación de aceite en el mismo. Un nivel de aceite demasiado alto puede producir mayores temperaturas de funcionamiento debido a la agitación del lubricante. Los tubos de drenaje deben tener el tamaño adecuado y deben estar dispuestos de forma que permitan el drenaje libre del aceite. Deben evitarse los drenajes horizontales.

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DIVISIÓN ACADÉMICA DE MECÁNICA INDUSTRIAL Tipos de lubricación. Pueden distinguirse tres formas distintas: lubricación hidrodinámica, límite o de contorno, hidrostática. Lubricación hidrodinámica: Las superficies están separadas por una película de lubricante que Proporciona estabilidad. No se basa en introducir lubricante a presión (puede hacerse), exige un caudal de aceite, la presión se genera por movimiento relativo. Se habla también de lubricación de película gruesa, fluida, completa o perfecta. Lubricación límite: 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) más 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. Lubricación hidrostática Se obtiene introduciendo a presión el lubricante en la zona de carga para crear una película de lubricante. No es necesario el movimiento relativo entre las superficies. Se emplea en cojinetes lentos con grandes cargas. Puede emplearse aire o agua como lubricante.

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DIVISIÓN ACADÉMICA DE MECÁNICA INDUSTRIAL Problemas causados por la falta de lubricación Fricción: Ninguna superficie metálica es completamente lisa; aún superficies con acabados que se aproximan a la perfección presentan asperezas cuando se examinan en un microscopio. Las diminutas protuberancias en una superficie interfieren el movimiento relativo de dos cuerpos cuando rozan entre sí dando origen a la fricción al tratar de entrelazarse y agarrarse. Valores de los coeficientes de fricción Los coeficientes de rozamiento estático y dinámico dependen de las condiciones de preparación y de la naturaleza de las dos superficies y son casi independientes del área de la superficie de contacto, proporcionándose en la tabla 1, el valor de algunos de ellos.

Desgaste El proceso de desgaste, puede definirse como una pérdida de material de la interfase de dos cuerpos, cuando se les ajusta a un movimiento relativo bajo la acción de una fuerza. En general, los sistemas de ingeniería implican el movimiento relativo entre componentes fabricados a partir de metales y no metales, y se han identificado seis tipos principales de desgaste, como sigue: • Desgaste por adherencia. • Desgaste por abrasión. Mecánica para Automatización

DIVISIÓN ACADÉMICA DE MECÁNICA INDUSTRIAL • Desgaste por ludimiento. • Desgaste por fatiga. • Desgaste por erosión. • Desgaste corrosivo

Temperatura de superficie Como se muestra previamente, siempre que uno de los dos cuerpos de contacto, presionados juntos, se desliza pasado el otro, una gran fuerza suficiente para vencer la resistencia friccionante tiene que ser aplicada. Como el deslizamiento continuo esta fuerza tiene que mantenerse, y de este modo la energía se alimenta en el sistema. Esta energía se utiliza sobre distintos modos, una deformación elástica de los cuerpos de contacto y sus apoyos, la deformación plástica y elástica de las asperezas en el punto del contacto, la formación de las partículas de uso, la emisión de la energía acústica, y calor. En la gran mayoría de los casos, un porcentaje muy alto de la energía de entrada total se transforma en calor de fricción, y casi todo es generado en o muy al cierre de la región de contacto. Así, En un buen grado de aproximación, se supone que toda la energía se transforma en calor en la interface de los cuerpos de contacto. La cuestión de generación de calor y levantamiento de temperatura durante el deslizamiento es de importancia por un distinto número de razones. En muchos casos la fortaleza mecánica de uno de los materiales de contacto cae drásticamente como la temperatura aumenta, y tiene la importancia de calcular las temperaturas alcanzadas durante el deslizamiento para descubrir si es o no esta temperatura critica la que se logre probablemente bajo las condicione s operativa s propuestas. En otras ocasiones un lubricante el cual funciona efectivamente está presente solamente debajo de una cierta temperatura.

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DIVISIÓN ACADÉMICA DE MECÁNICA INDUSTRIAL Referencia electronica http://biblioteca.sena.edu.co/exlibris/aleph/u21_1/alephe/www_f_spa/icon/15067/pdfs/1 2.pdf http://biblioteca.sena.edu.co/exlibris/aleph/u21_1/alephe/www_f_spa/icon/15067/vol12/ volumen12.html# http://lubricacionindustrial.blogspot.mx/ http://eprints.uanl.mx/2823/1/1020074593.PDF http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ingenieria/mecanica/mat/mat_mec/m1/tribol ogia.pdf http://www.unav.es/adi/UserFiles/File/4000002134/cap1Introduccio%20a%20la%20lub ricacion.pdf

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