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Grasas Contenido

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Seis

Aplicaciones delicadas

Prefacio

Biodegrababilidad

Diseño de cojinetes - Lubricación

Responsabilidad global

Cojinetes planos

Pruebas de grasas

Cojinetes con elementos rodantes

Guía para pruebas comunes

Composición y características de las grasas

Requerimientos siderúrgicos

Componentes estructurales de la grasa

Especificaciones federales: grasas industriales y de uso general

Aceites base Agentes espesantes con base en jabón Espesantes con base en jabones complejos Espesantes orgánicos Espesantes inorgánicos

Especificaciones militares

Probador Shell de grasas para determinar por correlación las diferentes fricciones FHD y EHD

Aditivos

Consideraciones previas

Propiedades de las grasas

Demostración - Caso que presenta condiciones reales vehículo vs. prototipo e igual ecuación de régimen ZN/P=2.09"

Consistencia Estabilidad mecánica Separación de aceite

Reproducibilidad caso real del régimen EHD del caso ejemplo a través del probador

Compatibilidad

Bench Marking a través del probador Grasas MP

Criterio de selección de la grasa

Ahorro de energía con grasas Shell MP según teoría Fluídos Newtonianos

Usos múltiples Requerimientos automotrices

Bench Marking Grasas EP

Aplicaciones en acerías

Guía de compatibilidad agentes espesantes grasas

Métodos de aplicación de la grasa

Cuadro usos de las grasas

Consideraciones sobre medio ambiente

Citas bibliográficas

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EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Seis PREFACIO Adicional a la descripción de los aspectos básicos de las formulaciones de grasas y sus usos, usted encontrará una refencia a los estándares mundiales y a las pautas de fabricación, prueba y uso de estos productos. Una discusión de la naturaleza del mercado global de grasas da una perspectiva practica a las secciones más técnicas, al igual que un repaso de las consideraciones ambientales y su impacto en la industria. El reto de la industria de grasas y las demás industrias de lubricantes / lubricación es el de evolucionar de una manera ambientalmente responsable.

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Módulo Seis

DISEÑO DE COJINETES LUBRICACION

jinetes radiales. Cualquiera de estos tipos de cojinetes que soportan pesos paralelos a sus ejes de rotación se denominan cojinetes de empuje.

Los componentes de la maquinaria industrial que necesitan grasa lubricante incluyen: cojinetes, acoplamientos, transmisiones abiertas, y una variedad de otras partes móviles.

Los cojinetes pueden ser autolubricados o lubricarse externamente con aceite o grasa.

El uso más extendido de las grasas es el de la lubricación de cojinetes que son elementos críticos de los equipos usados en acerías, minería, construcción y transporte estas son las industrias que en forma significativa determinan la estabilidad económica de un país. Un cojinete es la cámara o soporte para una pieza rotatoria (un eje que rota dentro de un cojinete), o uno que se mueve linealmente (movimiento axial dentro del cojinete). Un cojinete también puede restringir de cierta manera el movimiento. Hay dos clases básicas de cojinetes: Planos y de rodamientos. Los cojinetes planos se basan en el movimiento de deslizamiento entre un elemento estacionario y otro móvil; los rodamientos tienen esferas o rodillos que dan cabida al movimiento entre piezas estacionarias y movibles. En cualquiera de los casos, para prolongar la vida de servicio es esencial contar con una película lubricante que separe las superficies en movimiento. Los cojinetes planos que resisten pesos perpendiculares a sus ejes de rotación se denominan chumaceras (cojinetes muñón); los rodamientos que soportan cargas similares se denominan co-

En general se prefiere la grasa para cargas de impacto, altas temperaturas o, cuando se requieren, buenas propiedades adhesivas a las superficies de los cojinetes y buenas propiedades de sellamiento.

COJINETES PLANOS Es el tipo más elemental de cojinete, ya que no contiene partes móviles. En la mayoría de los casos un cojinete plano está elaborado de un material o aleación más suave que el de la pieza que se desliza o mueve contra éste. Por tanto, el cojinete corre con la mayoría del desgaste. Esta es una ventaja económica importante, puesto que los cojinetes se reemplazan o se ajustan más prácticamente que los componentes móviles de relativa inaccesibilidad. Los cojinetes planos pueden describirse según su configuración, por su movimiento o por el tipo de carga que reciben. Por tanto, las principales categorías de cojinetes planos son: Chumaceras, y guías de empuje.

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Chumaceras También llamados cojinetes muñón o de manga, consisten de una cámara cilíndrica que soporta el eje rotatorio. El término “muñón” se refiere a la parte del eje contenida dentro del cojinete; la “manga” comúnmente se refiere a la configuración del cojinete. Ambos términos se usan sinónimamente. Si el cojinete es totalmente cilíndrico, diseño de 3600, se le llama completo. Un eje que recibe carga en una sola dirección puede estar soportado por un cojinete muñón en forma de cilindro parcial. Tales cojinetes soportan el eje solamente en la zona de carga. Por ejemplo, las grúas, los equipos removedores de tierra, etc. usan cojinetes semi-cilíndricos para soportar las cargas dirigidas contra la parte superior de un eje. Muñón

Las chumaceras contienen frecuentemente dos o más piezas que facilitan su remoción o reemplazo. Por ejemplo, los cojinetes

principales del motor del carro tienen dos camisas semicirculares que contienen los muñones del cigüeñal. Las partes se acoplan y se unen con pernos.

Cojinetes guía

Los cojinetes guía, soportan piezas de la máquina más recíprocas que rotativas; la carga es generalmente menor que la de un cojinete muñón. Las superficies inferiores pueden tener ranuras para ayudar a distribuir el lubricante y aliviar la presión. Los equipos que tienen cojinetes guía incluyen las crucetas de cabeza en los motores a vapor y algunos compresores de aire.

Línea de Carga Casquillo

Punto de Contacto Rodamiento Punto de Equilibrio

Cojinete de Multiples partes

Un cojinete guía sencillo da cabida para el movimiento lineal.

Varias configuraciones de cojinetes planos.

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Cojinetes de empuje

Los cojinetes de empuje suministran el movimiento axial de un eje rotatorio. Comúnmente se usan en conjunto con las chumaceras y se lubrican mediante la grasa que se escapa por las puntas del alojamiento de los cojinetes.

das y ocurre algún contacto metal con metal. Y si se forma una película lubricante con suficiente presión para separar las superficies del cojinete y del muñón, se da origen a la lubricación hidrodinámica o lubricación de película fluida total.

Lubricación límite Rotor

Alojamiento Cojinete de Empuje

Cuando el eje está en reposo o a bajas velocidades (generalmente a la iniciación), y/o bajo altas cargas, entran en contacto las asperezas de la superficie del cojinete y del muñón. La lubricación en estas condiciones depende de la naturaleza de las superficies que se tocan, de la descomposición de los productos lubricantes presentes, o de los aditivos de acción superficial que forman una película delgada y suave, sobre las superficies de metal y que previenen la adherencia de uniones metálicas para reducir la fricción. Fig. (a).

Un cojinete guía sencillo da cabida para el movimiento lineal.

Lubricación de cojinetes planos

La forma de lubricar un cojinete plano depende de las condiciones que afectan la capacidad de éste de desarrollar una película fluida, que permita soportar la carga y que pueda separar las superficies del cojinete y del muñón. Si dicha película no se produce (o antes de que se produzca) el modo de lubricación se denomina de película límite, o película mixta, lubricación en la que las superficies no están completamente separa-

En vista de la generación de niveles relativamente altos de fricción y calor, y el consecuente alto índice de desgaste de la superficie, la lubricación límite no sería el modo de operación más deseable. Sin embargo, hay veces en que es totalmente inevitable. En cuanto el muñón empieza a rotar, asciende por la superficie del cojinete en dirección opuesta a la rotación, Fig.(b). Una capa de grasa se adhiere al muñón y rota con él. Esta capa es llevada al espacio de convergencia entre el muñón y el cojinete y empieza a formar una película delgada fluida. El muñón rota con la película hasta

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Módulo Seis Lubricación hidrodinámica

A medida que se aumenta la velocidad, la acción de cuña del lubricante se mueve en la dirección de la rotación. La presión sobre la película se hace mayor, de forma que el muñón va ahora montado en una película de fluido, efectuándose la lubricación hidrodinámica, Fig.(d). Si se aumenta (a)

(c)

(b)

(d)

Posiciones del cojinete durante la formación de una película fluida aerodinámica en un cojinete muñón plano.

que una cantidad suficiente de fluido haya sido llevado al espacio de convergencia para separar más aún las superficies, Fig.(c). Una capa de grasa se adhiere al muñón y rota con él, otra capa se adhiere a la superficie del cojinete y queda fija. Las capas de grasa de la película se deslizan entre las capas exteriores; las más cercanas al muñón son las que se mueven más, mientras aquellas capas más cercanas al cojinete se mueven menos.

suficientemente la carga sobre el cojinete, la película hidrodinámica puede romperse y el cojinete regresará al modo de lubricación límite. La grasa debe introducirse al cojinete por donde sea menor la presión del fluido, el punto de máxima holgura dentro del cojinete. A menudo, se añaden ranuras al interior de la superficie del cojinete para aligerar la presión y almacenar lubricante de reserva. Cuando la carga va en una dirección, las ranuras del eje que van a lo largo de la superficie del cojinete y localizadas en áreas de baja presión no alterarán la película lubricante y pueden aliviar la presión. Cuando la dirección de la carga es variable, la localización de presión extrema dentro del cojinete también es variable. Bajo estas condiciones, las ranuras anulares o circunferenciales bien espaciadas aligerarán la presión sin interrumpir substancialmente las películas lubricantes. Las ranuras axiales deben ser biseladas, de manera que la grasa lubricante sea arrastrada más fácilmente de la ranura, por el eje rotatorio.

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Selección del lubricante La escogencia entre lubricación de aceite o grasa depende de la relación de la velocidad del muñón a viscosidad. Las velocidades más lentas del muñón requieren viscosidad más alta, mientras que las velocidades altas necesitan de un aceite de cuerpo liviano. Los cojinetes diseñados para marchas de baja velocidad tienen, generalmente una tolerancia relativamente amplia entre el eje y el alojamiento, mientras que los cojinetes de alta velocidad tienen una tolerancia mucho más pequeña.

Baja Velocidad

Media Velocidad

Grasas y Aceites Pesados

Aceites de Mediana Viscosidad

Aceites Ligeros

Alta Velocidad Relación de velocidad del muñón con la liberación interna y la lubricación. Velocidades más bajas requieren lubricantes de viscosidad más alta.

También debe tenerse en cuenta la carga en un cojinete, cuando se escoge un lubricante. La grasa o el aceite seleccionados deben tener suficien-

te cuerpo o viscosidad para mantener una película fluida continua y los aditivos necesarios para dar una protección adecuada.

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COJINETES CON ELEMENTOS RODANTES Anillo externo

Elementos Rodantes

Anillo interno Canal Separador

embargo la fricción de inicio en un cojinete plano es generalmente más alta que de la de un rodamiento. Los elementos rodantes generalmente están encerrados entre anillos llamados pistas, típicamente el anillo exterior es fijo y el anillo interior está unido a un eje rotatorio. Distinto a los cojinetes planos, los cojinetes de rodamientos, están hechos de aleaciones de acero duro, porque los pequeños rodamientos deben soportar una gama amplia de cargas y las presiones en la superficie de contacto de la unidad pueden ser muy altas. La mayoría de rodamientos utilizados en la industria se lubrican con grasa.

Estos cojinetes tienen esferas o rodillos situados entre un alojamiento fijo y un muñón movible, los rodillos pueden ser cilíndricos, esféricos o cónicos. A los rodamientos con rodillos relativamente largos, de diámetro pequeño se les denomina “cojinetes de agujas”.

Cojinetes de bolas

Se puede conseguir aumento de la capacidad añadiendo filas de rodillos o, en el caso de cojinete de aguja, eliminando el retenedor y añadiendo rodillos.

Los cojinetes de empuje de bola son funcionalmente equivalentes a los cojinetes de empuje planos.

A los rodamientos se les llama con frecuencia cojinetes “antifricción”, aunque la fricción del torque de un cojinete plano de película total de fluido, puede ser tan baja como la de los rodamientos. Sin

Los cojinetes de bolas son, quizá, el tipo ás familiar de rodamientos. Los cojinetes radiales de bolas contienen el movimiento rotatorio de un eje y funcionalmente son similares al cojinete muñón sencillo.

El ensamblaje de un cojinete de bola incluye: bolas, un retenedor, anillos, eje rotatorio y el alojamiento de soporte. Las bolas están hechas de acero endurecido y brillado pulido.

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Un retenedor o espaciador de las bolas las mantiene en su sitio, y ruedan entre los anillos que también deben haber sido pulidos. Los alojamientos de los cojinetes difieren dependiendo del diseño y de su aplicación y sirven para soportar el cojinete y contener el lubricante. Generalmente se proveen sellos apropiados para que ni el agua, ni el polvo, ni la mugre u otros contaminantes externos lleguen a los componentes del cojinete y para prevenir el escape del lubricante del alojamiento.

Cojinetes de rodillos

El ensamblaje de un cojinete de rodillos consiste de: rodillos, un retenedor, pistas, un eje, un alojamiento y sellos. Tal como en el caso de cojinetes de bolas, las superficies de contacto de los rodamientos deben contar con una superficie finamente terminada para que trabajen con el máximo de eficiencia.

Cojinetes de rodillos cilíndricos

El tipo más básico de estos cojinetes contiene rodillos cilíndricos colocados entre los anillos. Los rodillos no son verdaderos cilindros, pero generalmente están coronados o tienen extremos reducidos para aminorar la concentración de fuerza del contacto rodillos-anillo. Los rodamientos cilíndricos pueden llevar cargas radiales pesadas y pueden funcionar a alta velocidad.

Cojinete de rodillos cónicos

En razón a su geometría cónica rodillo-anillo, este cojinete puede llevar cargas pesadas tanto radiales como cargas de empuje. Cojinete de

Doble Fila

Rodillo

Este cojinete versátil es bastante popular en la industria automotriz.

Rodamientos esféricos

Esta clase utiliza rodillos convexos o abarrilados que dan cabida a altas cargas radiales y de choque y suministran un alto grado de autoalineación. Sin embargo tienen cierta limitación de velocidad. Rodillo

Aguja

Los tipos básicos de cojinete de rodillo

Cojinetes de agujas

Los cojinetes de agujas contienen rodillos cilíndricos con una alta relación longitud-diámetro, dan-

Grasas do la mayor capacidad de carga para un espacio radial dado de cualquier cojinete rodante. Generalmente este tipo no tiene pista interior y puede dar cabida a movimiento oscilante. Los cojinetes de aguja sin un retenedor o jaula y con un complemento total de rodillos poseen una gran capacidad de carga pero tienen limitaciones de velocidad. Los cojinetes de aguja con un retenedor, contienen menos rodillos, por lo tanto tienen menor capacidad de carga pero pueden funcionar a velocidades más altas.

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LUBRICACION DE RODAMIENTOS El lubricante para estos cojinetes tiene tres funciones individuales: Reducir la fricción tanto rodante como deslizante. Proteger, las superficies de los elementos rodantes y de las pistas, contra la corrosión y el desgaste. Esto es crítico para la vida activa del cojinete (duración). -

Actuar como sellante.

Causas de fricción

La acción rodante es la causa predominante de fricción de un rodamiento. La fricción de rodamiento se origina por la deformación del metal cuando la bola o rodillo presionado por el peso, se mueve por la superficie de un pista. La acumulación de material deformado que precede al elemento rodante opone resistencia al movimiento, lo que a su vez, produce calor por fricción. Otras causas menores de calor por fricción en los cojinetes incluyen deslizamiento, desprendimiento y acción abrasiva. Se produce una pequeña cantidad de fricción cuando los espaciadores entre los cojinetes tocan el canal de rodadura. También se produce fricción, por el desprendimiento de los rodantes. Esto ocurre en el área del cojinete que no lleva peso, donde la holgura entre los elementos del cojinete y el canal de marcha es máxima.

La principal fuente de fricción de un cojinete de elementos rodantes es la fricción de rodadura, resultante de la deformación del canal de rodadura originada por un elemento rodante cargado.

Los desprendimientos también se aumentan con la desaceleración de la velocidad, porque la reducción de la fuerza centrífuga sobre el cojinete, logra una liberación más grande, de fuerza opuesta. La fricción puede provenir también de la corrosión u oxidación de las superficies metálicas que produce partículas abrasivas de óxido.

Películas EHD

Los principios que rigen la lubricación de los cojinetes con elementos rodantes, también llamados rodamientos, son distintos a los de cojinetes planos. En los cojinetes planos de película fluida completa, la carga del eje está soportada por una película lubricante hidrodinámica continua que mantiene separadas las dos superficies de contacto. En los cojinetes rodantes, las presiones unitarias son extremadamente altas, entre los elementos rodantes, relativamente pequeños y sus pistas (ca-

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Módulo Seis Dirección de rotación

107 Silicona a 74 C

Viscosidad Absoluta

106 105

Aceite mineral a 50 C

Carga

Carga

Dirección de rodamiento

Diester a 55 C

104 Aceite mineral aa 58 58 C C

103 Diester Diester a 73 C

102 101 1 0 20

40 60 80 100 120 140 160 Presión en Psi x 1000

Aumento de viscosidad en los lubricantes corrientes debido a la presión.

nales de rodadura). Los lubricantes sujetos a alta presión dentro de la zona de contacto de un rodamiento, sufren un dramático aumento de la viscosidad. Este aumento de la viscosidad permite a la película lubricante soportar altas fuerzas de contacto, a la vez, que previene el contacto; entre las superficies. Las presiones de esta magnitud no existen en la película fluida total del cojinete plano y por lo tanto no se afecta la viscosidad del lubricante. Las altas presiones del contacto en un cojinete rodante, deforman elásticamente también las superficies rodantes, para ampliar el área de contacto que soporta la carga. La combinación de la deformación de la superficie y la acción lubricante hidrodinámica, produce una película lubricante delgada elastohidrodinámica (EHD), que provee lubricación a las zonas de contacto de los elementos rodantes del cojinete.

Patrón de esfuerzo

Deformación (exagerada) y esfuerzo producido por un rodillo sobre una suprficie plana

Patrón de esfuerzo

Lubricación con grasa

Las grasas proveen una película lubricante a la superficie de los elementos rodantes, separadores y canales de rodadura. En realidad el lubricante es una fina película de aceite que se libera cuando la red fibrosa tridimensional de la grasa se quiebra por el esfuerzo cortante. Solamente se malogra la parte de la grasa en contacto íntimo con las superficies movibles, el resto permanece intacto y funciona como sellante. Cuando un cojinete recientemente cargado empieza a girar, la grasa es lanzada desde los elementos rodantes y puesta a circular rápidamente por el alojamiento. Después de corto tiempo la grasa del anillo rotatorio externo es lanzada de regreso a los elementos rodantes, donde se produce el corte. Este ambiente turbulento al iniciar la rotación, crea calor de fricción que alcanza un máximo y que después disminuye gradualmente, a medida que la acción continua de corte libera la película de aceite lubricante. Al tiempo que se efectúa la lubricación, la temperatura del cojinete que se ha cargado apropiadamente bajará y asumirá un equilibrio.

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Temperatura en C

Carga Normal

75 50 25 100

200

300

Tiempo en minutos

Temperatura en C

Sobrecarga

75 50 25

100 200 300 Tiempo en minutos Relación tiempo/temperatura de un rodamiento cargado normalmente y lubricado con grasa y de uno que ha sido sobrecargado con lubricante.

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COMPOSICION Y CARACTERISTICAS DE LAS GRASAS La facultad de las grasas lubricantes de operar en tan diferentes aplicaciones, bajo una amplia variedad de condiciones y medios ambientales, constituyen un testimonio de la flexibilidad de su composición. Las grasas son fórmulas complejas de espesantes, componentes estructurales, bases fluidas y aditivos diseñados para cumplir los requisitos de aplicaciones específicas. Cuando se usan como lubricantes, las grasas tienen un comportamiento muy parecido al de los aceites. Reducen la fricción proveyendo una película que separa superficies en movimiento. Sin embargo, tienen la ventaja de permanecer donde se aplican, y tienen menos probabilidad de escapar de una máquina o de las superficies que lubrican, si se encuentran bajo efectos de la fuerza de gravedad o fuerzas centrífugas.

Estructura grasa LITIO

Al mismo tiempo, las grasas pueden formar un sello efectivo contra la húmedas y los contaminantes sólidos. Estructura grasa CALCIO

Grasas COMPONENTES ESTRUCTURALES DE LA GRASA La grasa tiene dos componentes estructurales básicos: un agente espesante y el fluido líquido, o base fluida en el que se dispersa el agente espesante. Muchos tipos y combinaciones de espesantes y fluidos base, junto a modificadores de estructura suplementarios y aditivos de desempeño, le dan sus características especiales a las fórmulas finales de grasa. Al examinar, bajo una alta ampliación, una grasa basada en un jabón, se nota una malla tridimensional de fibras de jabón microscópicas. La forma de actuar de una grasa, se ha explicado como si esta malla actuara como una esponja y atrapara moléculas de aceite, que luego serían liberadas al aumentar la presión y la temperatura. Sin embargo, parece ser que el mecanismo de acción de una grasa es aún más complicado, y que la grasa es un lubricante efectivo. Esto se demuestra con el hecho de que, analizando el material en superficies lubricadas con grasa, muestra que contiene la misma concentración de agente espesante, sin haber un exceso de aceite base. Se piensa que las fibras del jabón utilizado como agente espesante, se mantienen juntas gracias a fuerzas moleculares débiles. Esto da a la grasa, en un comienzo, una estructura relativamente sólida. Pero al someterla a un incremento en la presión o la temperatura, las uniones entre las fibras se rompen y dejan fluir la grasa. Al terminar el

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Módulo Seis esfuerzo, las uniones vuelven a formarse y la grasa vuelve a su consistencia original.

Grasas ACEITES BASE Las bases de los lubricantes utilizados en la formulación de grasas son generalmente de origen mineral (petróleo) o sintético, aunque los aceites vegetales también son usados en aplicaciones especializadas. Las bases sintéticas pueden elaborarse de petróleo o de aceite vegetal comestible y se les acondiciona para el trabajo que deben realizar. Los aceites lubricantes son los componentes principales de las fórmulas de grasa y, como tales, ejercen gran influencia en él comportamiento de la misma. Al formular una grasa, se escoge generalmente la viscosidad del aceite base que tiene similitud al que normalmente se escogería si el equipo se lubricara con aceite. Por ejemplo, un aceite liviano podría escogerse para formular una grasa lubricante apropiada para cojinetes de carga liviana y alta velocidad. Por otro lado, un equipo de carga pesada y lento movimiento necesitaría de un aceite de alta viscosidad. La resistencia de una grasa a la oxidación puede ser deficiente si su componente de aceite base, tiene un índice de viscosidad bajo o moléculas polinucleares aromáticas. Se prefieren los aceites parafínicos de alto índice de viscosidad por su innata y buena estabilidad a la oxidación, pero su falta de compatibilidad con algunos jabones espesantes de calcio y sodio puede exigir el uso de aceites nafténicos. En tales casos, se hacen necesarios los inhibidores suplementarios de oxidación.

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Módulo Seis Una propiedad pobre de baja temperatura de un aceite base no siempre define él comportamiento de una grasa terminada, puesto que ciertos espesantes pueden por sí mismos funcionar como depresores del punto de fluidez. La compatibilidad con sellos de caucho, puede estar influenciada por el tipo de aceite base presente. Los aceites parafínicos ejercen un efecto mínimo sobre éstos, mientras que los aceites nafténicos pueden hacer que el material sellante se infle.

Aceites sintéticos Los fluidos sintéticos están incrementando su importancia, en grasas diseñadas para aplicaciones especiales, en temperaturas extremas, estos incluyen: Polialfaolefinas, diésteres, poliglícoles, ésteres e hidrocarburos halogenados, bases sintéticas. Exceptuando los fluidos de poliglicol, todos tienen viscosidades en la escala de aceites minerales HVI más ligeros. Sus índices de viscosidad y Tipo

Aplicaciones principales

Polialfa Olefinas (PAOs)

Automotriz e industrial

Esteres de acidos Dibásicos

Aérea y automotriz

Esteres de Poliol

Aérea y automotriz

Aromáticos alquilados

Automotriz e industrial

Polialquilen Glicoles

Industrial

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puntos de chispa, son más altos y sus puntos de fluidez son considerablemente más bajos.

ción de saponificación puede retenerse durante el proceso.

Esto los convierte en valiosos componentes de combinación cuando se mezclan aceites de servicios extremos en altas y en bajas temperaturas.

Esta agua, hidroliza una cantidad equivalente de jabón metálico, resultando en ácido carboxílico libre que ayuda en la dispersión de las moléculas de jabón. Cantidades más grandes de agua se incorporan algunas veces dentro del marco molecular y se convierten en elementos estructurales esenciales como el caso de las grasas de calcio convencionales.

Las principales desventajas de los sintéticos es que son más costosos que los aceites minerales. Esto limita su utilización en grasas y aceites para especialidades. Los ésteres tienen la desventaja adicional de tener más tendencia a inflar los sellos que los hidrocarburos, por tanto, se debe tener precaución cuando se les usa en aplicaciones en las que puedan entrar en contacto con elastómeros diseñados para usarse con aceites minerales.

Agentes espesantes con base en jabón metálico Los jabones se forman cuando un ácido o éster graso de origen vegetal o animal se combina con un álcali o hidróxido metálico y reacciona, o se saponifica, generalmente por aplicación de calor, presión o agitación. La estabilidad mecánica y propiedades reológicas de la grasa final resultan de la estructura de fibra dada por el jabón de metal. El agua llega durante el proceso como un derivado. Por tanto el sistema de fabricación en sí mismo es una conveniente fuente de agua. Una pequeña porción del agua que se forma por la reac-

Jabones de calcio, el jabón convencional de calcio o grasas a base de cal se prepara mediante la reacción de ácidos o ésteres grasos con hidróxido de calcio en un medio de aceite mineral. Como resultado de las fibras pequeñas y estrechamente ajustadas que constituyen su marco estructural, el producto que así se produce tiene una textura suave. Las principales ventajas de las grasas de jabón de calcio son: - Quizás las más baratas para fabricar entre las grasas a base mineral. - No son emulsificables en agua por tanto, resisten el arrastre desde los cojinetes. A bajas temperaturas no sufren transformación de fase y por lo tanto mantienen capacidad de bombeo. Sus mayores desventajas son: - La temperatura máxima de funcionamiento de

Grasas las grasas a base de jabón de calcio, estabilizada en agua es de solo 800 C; las grasas derivadas de 12-hidroxisteárico pueden funcionar 1200 -1300 C. - Las grasas de jabón de calcio se utilizan principalmente para lubricar bombas de agua, lazos de alambre y partes de maquinaria que funcionan bajo condiciones ligeras. - Su utilización en cojinetes planos y de rodamientos está severamente limitada por su baja estabilidad térmica y susceptibilidad al corte. Cuando se involucran ácidos grasos simples, la adsorción de agua durante la reacción de saponificación, es un factor crítico para lograr una estructura grasa estable. Si el agua de la hidratación se hace salir, la red fibrosa característica se rompe para producir ablandamiento y por último, separación de fase. Si el jabón contiene el ácido 12-hidroxiesteárico, no se necesita el agua de la hidratación. Las grasas de calcio anhidro 12-hidroxiesterato son de hecho, más térmicamente estables, que las grasas de jabón de calcio hidratadas convencionalmente. Jabones de sodio, El espesante de las grasas a base de sodio se forma mediante la reacción de ácidos o ésteres grasos con hidróxido de sodio en un medio de aceite mineral. Las grasas de jabón de sodio tienen une estructura esponjosa. Estas grasas han sido desplazadas signifi-

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Módulo Seis cativamente en las aplicaciones industriales por su falta de versatilidad. Igualmente las grasas de jabón de sodio son bastante limitadas para aplicaciones en cojinetes modernos, en razón a su alto grado de solubilidad en agua. Por tanto, estas grasas están totalmente descartadas para uso en acerías, en donde los cojinetes están sometidos a la caída de grandes volúmenes de agua. Las grasas sódicas también son susceptibles de transformaciones de fase y de endurecimiento. Sin embargo las grasas sódicas poseen ciertos perfiles positivos que las hacen útiles en algunos cojinetes de rodamientos, cojinetes de alta velocidad y engranajes. Sus ventajas incluyen: - Excelentes propiedades inhibidoras de la corrosión y oxidación. - Buena estabilidad a alta temperatura. - Estabilidad promedio al corte. - La máxima temperatura de operación de las grasas de sodio en los rodamientos, es alrededor de 1000 C aunque las grasas de sodio con 12-hidroxiesterato son algo más estables térmicamente. Jabones de Litio, Los jabones de litio son los más importantes y versátiles de las grasas a base de jabón y tienen por lo menos el 50% de la producción de grasa. Las grasas de litio se preparan mediante la reacción de ácidos grasos o ésteres con hidróxido de litio en aceite mineral. Estos tienen una textura suave y fibrosa. Las ventajas de las grasas de litio incluyen:

Grasas - Excepcional estabilidad al corte; conveniente para utilizar en los cojinetes planos de alta velocidad y en rodamientos. - Altos puntos de goteo y buena estabilidad térmica. La temperatura máxima de servicio se acerca a los 1400 C.

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Módulo Seis Características de las Grasas y Aplicaciones Tipo Tipo de de Espesante Espesante • Aluminio Aluminio

- Buena tolerancia al agua; resiste el arrastre en los cojinetes de fresadoras. - La protección contra la corrosión y la oxidación es por lo menos igual a la de las grasas de sodio. - Los aditivos (inhibidores de corrosión, inhibidores de oxidación, agentes EP) muestran generalmente mayor respuesta que otros medios de jabón; por tanto las grasas de litio se pueden acomodar fácilmente a condiciones y ambientes específicos. - Excelentes propiedades sellantes. Algunos estudios de los espesantes de jabón de litio sugieren que la relativa falta de solubilidad del jabón en aceite lleva a una estructura de malla de grasa más fina que a su vez reduce la separación del aceite durante el servicio.

• Sodio Sodio

• Calcio Calcio

• Litio Litio

Características de las grasas

Aplicaciones Aplicaciones

• De De apariencia apariencia suave, suave, tipo tipo gel. gel. Bajo Bajo de de goteo. goteo. Excelente Excelente resistencia resistencia al al agua. agua. Tendencia Tendencia aa suavizar suavizar // endurecer. endurecer. Altamente Altamente dependiente dependiente de de la la rata rata de de corte. corte.

• Lubrica cojinetes de baja velocidad. Aplicaciones en ambientes húmedos o de alta contaminación química (cloro, amoniáco). Disminución de uso.

• Apariencia aspera, fibrosa. Punto de goteo moderadamente alto. Poca resistencia al agua. Propiedades de buena adherencia (cohesiva).

• Equipo industrial antiguo en el que la relubricación es constante. Rodamientos.

• Apariencia Apariencia suave, suave, mantequillosa. mantequillosa. Puntos Puntos de de goteo goteo bajos. bajos. Buena Buena resistencia resistencia al al agua. agua.

• Cojinetes en aplicaciones húmedas. Lubricante de rieles de ferrocarril.

• Apariencia suave, mantequillosa a algo fibrosa. Punto alto de goteo. Resistencia a escape y ablandamiento. Buena resistencia al agua.

• Chasis de automotor y cojinetes de las ruedas Grasas industriales multipropósito Lubricantes para la industria de perforación de petróleo

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Espesantes con base en jabones complejos

alojando en el transcurso de la reacción, las temperaturas suben gradualmente.

Las grasas de jabones complejos sé desarrollaron para soportar las temperaturas de peración más elevadas de los equipos modernos. La estructura del espesante se forma mediante la reacción simultánea de un derivado de ácido graso y algún otro componente polar llamado agente de complexión, con un componente básico. Por ejemplo, correaccionando el ácido 12-hidroxiesteárico y un ácido azelaico con hidróxido de litio se produce una estructura de malla más intrincada que la de un jabón de litio simple. Los agentes de complexión tienen usualmente un peso molecular más bajo que un derivado del ácido graso.

Jabones de complejo de litio, los jabones de complejo de litio toleran temperaturas más altas y ofrecen una vida útil más larga que la de sus equivalentes de jabones simples. Típicamente, los puntos de goteo están por encima de 2600 C, o cerca de 800 C más altos que aquellos de las grasas de litio convencionales. La temperatura máxima de servicio de las grasas de complejo de litio es alrededor de 1750 C, mientras que las grasas de litio simple generalmente no tolerarían temperaturas de servicio por encima de los 1400 C.

Jabones de complejo de calcio, las grasas de complejo de calcio se usan para lubricar los rodamientos que trabajan a temperaturas de 16002000 C. (comparados con una temperatura máxima de funcionamiento de solo 900 C para las grasas de jabón de calcio sencillo). Más allá de este rango empiezan a desestabilizarse y a liberar cetonas. Estas grasas se preparan mediante reacción de una mezcla de ácido esteárico o 12-hidroxiesteárico y un ácido orgánico de menor peso molecular comúnmente ácido acético con un exceso de hidróxido de calcio en un medio de aceite mineral. Las temperaturas de reacción inicial se mantienen bajas para evitar la volatilización de los agentes de complexión. Así como el agua se va des-

Jabones de complejo de aluminio, las grasas de complejo de aluminio se preparan usualmente mediante la reacción de la mezcla de un ácido graso, ácido benzoico y agua con isopropóxido de aluminio en un medio de aceite mineral. Si la proporción de ácido graso sobre el ácido benzoico se aumenta, la solubilidad en aceite del espesante de complejo se aumenta, pero la estabilidad estructural se disminuye. Las grasas de complejo de aluminio de óptima composición, tienen puntos de goteo cercanos a los 2600C, mientras que las grasas de jabón de aluminio sencillo pueden tener un punto de goteo de solo 1100 C. Adicionalmente a las buenas propiedades de alta temperatura que tienen, las grasas de complejo de aluminio son estables al corte y resisten el arrastre del agua. Por tanto, son una alternativa competitiva de las grasas de complejo de calcio para la lubricación de los cojinetes de rodamientos.

Grasas Su principal desventaja se refiere a una mala resistencia a la corrosión y la oxidación que a menudo no se puede corregir fácilmente con aditivos suplementarios.

Espesantes orgánicos Los espesantes orgánicos, no poseen jabones, los más utilizados son las poliúreas, que se preparan mediante la reacción de isocianatos con aminas. Químicamente el producto se puede presentar así:

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Módulo Seis Otros espesantes sin jabón, los ejemplos de otros espesantes orgánicos sin jabón incluyen sales de ácidos tereftálicos; ácidos fosfóricos, ácidos tiofosfóricos y ácidos fosónicos; y polietileno, policarbohidratos y polietilenos halogenados. Estos se usan en pocas aplicaciones comerciales y en su mayoría son solo de intereses académicos. Tipo Tipo de de Espesante Espesante

Las grasas de poliúreas se caracterizan por su buena resistencia al agua y buena estabilidad térmica. Por su durabilidad, las grasas poliúreas se usan frecuentemente en los cojinetes de sellado permanente, que se llenan durante el ensamblaje, se sellan y trabajan sin relubricación durante la vida normal del equipo. Las grasas de poliúrea necesitan de procesos más sofisticados y sus materias primas son más costosas que las grasas convencionales. La mala capacidad de bombeo de ciertas grasas de poliúrea limitan su uso en los sistemas centralizados grandes.

Aplicaciones

• Poliúrea

•• Apariencia suave, algo opaca.Punto de goteo por encima de 240° C Buena resistencia al agua Resistencia a la oxidación Menor resistencia al ablandamiento y al escape.

• Cojinetes industriales de elemento rodante. Uniones de velocidad constante de los automotores

• Organo clay Arcillas

• Apariencia suave y mantequillosa Punto de goteo sobre 260° C Resistencia al escape Buena resistencia al agua

• Cojinetes de alta temperatura con relubricación frecuente. Cojinetes de cuello de rodillo de acerías

O [ ~N- C -N CH* CH* ~ ] n Cuando se incorporan a la cadena de polímeros grupos de acetatos, se puede aplicar la denominación de “Complejo de acetato de poliúrea”.

Características de las grasas

Grasas espesadas sin jabón.

Grasas Espesantes inorgánicos Las características particulares de las grasas basadas en espesantes inorgánicos, básicamente arcilla y sílice, las ha hecho útiles en aplicaciones especiales: Arcillas, dos arcillas la bentonita y hectorita son los agentes espesantes inorgánicos más importantes. Las grasas basadas en estos materiales son funcionales en rangos de temperatura extremadamente amplios porque carecen de puntos de goteo y resisten otras transformaciones de fase. Por tanto, las grasas a base de arcilla son valiosas para aplicaciones aerospaciales. Ciertos aditivos de desempeño incluyendo sulfonatos, naftenatos de plomo y algunos compuestos organofosfóricos (se sabe que son incompatibles con las grasas de arcilla porque tienden a desestabilizar la estructura de gel). Sílice, los agentes espesantes con base sílice se preparan mediante el tratamiento fino del silicato sódico disperso con di-isocainatos o epóxidos. La estructura de gel resultante es más bien amorfa que cristalina. En razón de su tolerancia a la radiación, las grasas de sílice que contienen fluidos de base aromática se usan frecuentemente para lubricar los rodamientos en las plantas nucleares (rodamientos de turbinas y generadores).

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Módulo Seis Influencia del espesante sobre las características de la grasa Punto de goteo (°C)

Temperatura Max. de servicio (°C)

Fibra

177

93 - 136

Simple

Suave

132 - 143

121

Complejo

Suave, mantequilloso

> 232

149

Espesante Jabón de Sodio

Estructura

Jabón de Calcio

Jabón de Litio Sencillo

Suave

199

163

Complejo

Suave, algo fibroso

> 232

177

Complejo de Aluminio

Gel suave

> 232

149

Arcilla

Suave

260

177

Poliúrea

Opaca, algo harinosa

> 232

177

Grasas ADITIVOS Los aditivos químicos pueden alterar en forma significativa el desempeño de las grasas lubricantes. Los factores que influyen en la selección del aditivo son: - Exigencias de desempeño (aplicación del producto). - Compatibilidad (reacciones sinérgicas/ antagónicas). - Consideraciones ambientales (aplicación del producto, olor, biodegradabilidad, residuos de descomposición). - Color. - Costo. La mayoría de los aditivos descritos son químicamente activos, es decir, producen su efecto a través de una reacción química ya sea dentro del medio lubricante o sobre la superficie metálica. Los aditivos químicamente activos incluyen: Inhibidores de oxidación, inhibidores de herrumbre y de corrosión Agentes antidesgaste y de extrema presión E.P. Los modificadores de estructura y espesantes también pueden incluirse en esta categoría, al igual que los polímeros que mejoran las propiedades adherentes y de resistencia al agua. Por otra parte, los aditivos químicamente inertes afectan unas propiedades físicas de la grasa tales como estructura, reología o tolerancia al agua.

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Módulo Seis Tipo Tipo de de Espesante Espesante

Estabilidad de corte

Resistencia al agua * *

Estabilidad * alta - temperatura

Calcio Calcio (Hidratado) (Hidratado) Calcio Calcio (Anhidro (Anhidro))

M M G

G G

P P (90) (90) M (140)

Litio Litio Sodio Sodio Complejo Complejo de de Calcio Calcio Litio Litio acomplejante acomplejante

G G M M -- G G M M G G

M P G M-G

G (180) G G (200) (200) G G (300) (300) G G (250) (250)

Aluminio Aluminio acomplejante Poliúrea Poliúrea Arcilla Arcilla Bentonita

M M M M -- G G M M

G G M

G G (250) (250) G G (240) (240) G G (Ninguno) (Ninguno)

* ( ) Punto de goteo , C ** G = Bueno, M = Malo, P = Pobre

Los aditivos químicamente inertes incluyen: - Modificadores de la viscosidad. - Depresores del punto de fluidez. - Agentes antiespumantes. - Emulsificadores. - Demulsificadores. - Aditivos de las grasas.

Grasas Tipo Tipo de de Aditivo

Finalidad

Componentes típicos

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Módulo Seis Funciones Funciones

Aditivos Aditivos Protectores Protectores de de Superficie Superficie Agente EP y Antidesgaste

Reduce la fricción y el desgaste y previene el rayado y el agarrotamiento.

Ditiofosfatos de Zinc, fosfatos orgánicos, azufre orgánico y compuestos orgánicos de azufre y cloro.

Reacción química con superficies metálicas para formar una película con más baja fuerza de corte que el metal, por lo tanto previene el contacto metal con metal.

Inhibidor de la Previene la corrosión herrumbre y la y la oxidación de las corrosión partes metálicas en contacto con el lubricante.

Ditiofosfatos de Zinc, fenolatados de de metal, metal, sulfonatos básicos de metal, ácidos grasos y aminas.. aminas

Absorción preferencial del del constituyente polar de la superficie metálica para suministrar una película protectora o neutralizar los ácidos corrosivos.

Modificador de Alterar el coeficiente fricción de fricción.

Acidos grasos orgánicos y amidos , aceite de manteca, fósforo orgánico de alto peso molecular y ésteres ácidos ácidos fosfóricos.

Absorción preferencial de de materiales activos en superficie.

Modificador de Aumenta la la viscosidad viscosidad del aceite base.

Pólimeros yy copolímeros de metacrilatos , butadieno olefinas oo estirenos estirenos alquilados.

Como los aceites lubricantes, las grasas bajo condiciones de oxidación producen materiales inestables llamados peróxidos. Una vez formados, los peróxidos se descomponen rápidamente y forman otros materiales que son incluso más susceptibles de oxidación. El proceso es una reacción en cadena que se acelera por el aumento de la temperatura y que se cataliza mediante ciertos metales particularmente aquellos presentes en los agentes espesantes con base de jabón. Los productos finales de la oxidación son gomas, lacas y materiales acídicos. En la composición de grasas, la oxidación se manifiesta en cualquiera o la combinación de los siguientes síntomas:

Aditivos Aditivos Protectores Protectores Antioxidantes

Inhibidores de Oxidación

Retarda la descomposición oxidativa

Ditiofosfatos de Zinc, fenoles limitados, aminas,, fenoles aminas sulfurados.

Descompone los peróxidos y termina las reacciones de radical libre.

Reducir el efecto catalítico de los metales en las ratas de oxidación

Acomplejantes orgánicos que contienen azufre, aminas,, sulfitos y aminas fosfatos y sulfuros.

Forma una película inactiva sobre superficies metálicas al acomplejarse con iones metálicos.

- Resecamiento y agrietamiento. - Aumento de penetración. - Disminución de punto de goteo.

Deactivador metálico

- Aumento de absorción de oxígeno. - Aumento de la acidez. Los sedimentos en los cojinetes son las señales más obvias de oxidación en el servicio. Función: los inhibidores de oxidación funcionan combinándose preferencialmente con los peróxidos o especies radicales, por tanto, terminando la reacción en cadena de radicales libres. Los inhibidores se destruyen gradualmente durante el proceso.

Grasas

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Módulo Seis

La resistencia natural de la oxidación de una grasa y el efecto de un inhibidor de oxidación dado, depende del tipo de espesante, la acidez relativa o la basicidad del sistema y la naturaleza del compuesto del aceite base.

acerías en los que grandes volúmenes de agua de enfriamiento maltratan los cojinetes y donde se espera que las grasas lubricantes en funcionamiento absorban mucha más agua sin disminuir su desempeño.

Las grasas espesadas con jabón frecuentemente dificultan su inhibición porque los metales actúan como catalizadores de la oxidación. Los espesantes a base de arcilla también son difíciles de inhibir pero por diferentes razones. Los espesantes de bentonita tienen afinidad por ciertos aditivos, tales como aminas aromáticas, y tienden a absorber esos aditivos en la superficie de las plaquetas. Por tanto se consumen los aditivos de la fase de aceite y se reduce la resistencia a la oxidación.

Función: los espesantes y modificadores de estructura frecuentemente generan propiedades naturales de resistencia a la herrumbre pero si las condiciones lo exigen se podrían requerir inhibidores suplementarios. Usualmente estos son

La naturaleza de los constituyentes de los aceites nafténicos o parafínicos pueden afectar la respuesta del inhibidor. Los aceites nafténicos de bajo índice de viscosidad son naturalmente menos resistentes a la oxidación, posiblemente a causa de su polaridad y el contenido aromático. Las grasas que contienen aceites parafínicos de altos índices de viscosidad son innatamente más estables y más rápidamente inhibidas (Alvania, Retinax). Inhibidores de Herrumbre La corrosión de los componentes de los cojinetes de hierro y acero causada por la presencia de oxígeno atmosférico y de agua pueden causar serios daños. La protección de las superficies de metales contra la herrumbre es especialmente importante en las aplicaciones de las

compuestos de alta polaridad solubles en aceite que funcionan por adsorción en superficie de metal para formar una delgada película protectora que excluye aire y agua.

Extrema Presión Agentes antidesgaste Las grasas se formulan con agentes de extrema presión (EP) para prevenir desgaste en condiciones de altas temperaturas, cargas pesadas o periodos de operación muy extensos. Los químicos que sirven como agentes de extrema presión generalmente contienen azufre, cloro, fósforo, metales o combinaciones de estos elementos. Función: los agentes de extrema presión funcionan bajo condiciones de lubricación límite, en las que, las superficies metálicas están en contacto íntimo. Cuando las superficies se mueven unas contra otras, la colisión de las asperezas de la superficie produce elevaciones localizadas de temperatura que acti-

Grasas van los agentes EP, se forman distintos compuestos químicos e inmediatamente se adhieren en forma de película delgada sobre la superficie metálica. Las películas de sulfuro, cloro y fósforo cortan más fácilmente que el metal mismo; por tanto se genera menos calor por fricción y se reduce el peligro de soldadura severa.

Llenadores sólidos Los llenadores que frecuentemente se denominan “aditivos físicos” o “lubricantes secos” son materiales sólidos orgánicos o polímeros que tienen como fin dar a las grasas protección EP y durabilidad. Algunos ejemplos incluyen: -

Bisulfuro de molibdeno.

-

Grafito.

-

Oxido de zinc.

Estos materiales son muy útiles en especial para evitar que los cojinetes con carga pesada rocen y se agarroten. Distinto a los agentes EP orgánicos convencionales, los llenadores sólidos no producen su efecto reaccionando químicamente con superficies metálicas. Bajo condiciones límites, los sólidos suspendidos se sedimentan físicamente en la superficie metálica y producen películas de baja fuerza cortante. Por ejemplo en el caso del bisulfuro de molibdeno, los átomos de azufre se adhieren fuertemente a

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Módulo Seis la superficie del metal mientras se forman enlaces débiles entre los átomos de azufre y las moléculas adyacentes. Cuando comienza el corte los enlaces débiles azufre-azufre se parten y las moléculas se resbalan fácilmente una sobre otra. Después de que la película de lubricante hidrodinámica se ha roto queda una película sólida en el área de contacto que no permite que ocurra calor por fricción. Los llenadores sólidos y agentes orgánicos EP producen el mismo efecto final por medios físicos y químicos respectivamente.

Las grasas, por lo contrario, dada su estructura semisólida, se comportan en forma diferente. Cuando se aplica presión a una grasa, ésta no comienza a fluir hasta que se alcanza una presión crítica, que se conoce como límite elástico aparente. A medida que se aplica más presión, la tasa de flujo aumenta aún más y la viscosidad de la grasa disminuye. La viscosidad observada de una grasa es llamada viscosidad aparente y varía con la temperatura y la tasa de flujo. La viscosidad aparente de una grasa está principalmente determinada por la viscosidad del aceite base. Al conocerse su grado de viscosidad a una temperatura y a una tasa de flujo específicas, se puede dar una buena idea de las propiedades de desempeño de la grasa y puede ser útil para predecir la tendencia de la grasa, a escaparse de las pistas de los rodamientos. La viscosidad aparente se mide forzando muestras de grasas a través de tubos capilares con caudales conocidos. Con la dimensión de los ca-

pilares, el caudal y la presión requerida para forzar la grasa por los capilares, se puede determinar la viscosidad aparente. Viscosidad aparente

La viscosidad del flujo no depende del caudal

Caudal (Tasa cortante) Cuando una grasa es forzada por entre un tubo, un cilindro de grasa en el centro del tubo avanza como un tapón.

El caudal aumenta desproporcionadamente a la presión aplicada.

El caudal es proporcional a la presión aplicada Caudal (Tasa cortante)

Caudal La viscosidad aparente de la grasa disminuye al aumentar el caudal.

Viscosidad

Al aplicar presión a un líquido normal, tal como un aceite lubricante, empezará a fluir aún con una presión muy baja. A cualquier temperatura, la tasa de flujo (o tasa de corte) es proporcional a la presión aplicada (esfuerzo cortante), en un amplio rango de condiciones. La viscosidad del líquido (la relación entre el esfuerzo cortante y la tasa de corte) permanece siempre constante.

Módulo Seis

Presión (Esfuerzo cortante)

PROPIEDADES DE LAS GRASAS Propiedades de flujo

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Presión (Esfuerzo cortante)

Grasas

Siempre y cuando el caudal no sea muy rápido, un líquido normal fluye suavemente por un tubo. El líquido adyacente a las paredes del tubo es inmóvil, mientras que el del centro fluye más rápido.

La viscosidad del flujo no depende del caudal

Caudal

CONSISTENCIA La consistencia de una grasa es una medida de su suavidad o dureza. Esta varía con la temperatura, dependiendo principalmente de la cantidad y clase de espesante utilizado. También influye la clase del aceite base y las condiciones bajo las cuales trabaja la grasa. La consistencia de la grasa a base de jabón, depende de los siguientes parámetros relacionados con el espesante. - Cantidad de jabón. - Dimensión de la cadena de ácidos

Grasas grasos. - Grado de separación. - Cantidad de no saturación. - Presencia de grupos polares en la cadena de ácidos grasos. - Inclusión de modificadores especiales de e s tructura. - Tamaño de partícula. El aumentar la cantidad de jabón produce casi siempre el respectivo incremento de consistencia o la dureza. Los ácidos grasos con cadenas de longitud de 18 carbones, son usualmente las más utilizadas. Longitudes de cadena más larga causarían ablandamiento por su alta solubilidad en aceite, mientras que cadenas más cortas también originarían ablandamiento, debido al mal contacto por la limitada solubilidad en aceite. La presencia de cadenas ramificadas reduce la consistencia, porque producen una estructura cristalina no uniforme. Las moléculas no saturadas de ácido graso no se usan como espesantes de las grasas ya que su relativa solubilidad en aceite reduce tanto su consistencia como su punto de goteo.

Números de consistencia NLGI

Número NLGI Penetración Trabajada a 25°C (décimas de milímetro). La consistencia, lo mismo que otras propiedades

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Módulo Seis físicas de las grasas a base de jabón, pueden modificarse incorporándole ciertos agentes químicos llamados modificadores de estructura. La naturaleza polar de estos materiales ayudan a la dispersión de las moléculas del espesante. El tamaño de la partícula también es un parámetro importante que afecta la consistencia de las grasas a base de jabón. Si el tamaño de la partícula se hace pequeño es decir si la proporción de la superficie de área contra volumen disminuye los valores de penetración tienden a aumentar. Los tamaños óptimos de partícula se pueden obtener regulando cuidadosamente la temperatura durante el proceso. Las grasas varían desde semi-líquidos muy suaves con una consistencia de crema espesa, hasta sólidos duros parecidos a la cera. Se clasifican habitualmente según el sistema NLGI desarrollado por el American National Lubricative Grease Institute (Instituto Americano de Grasas Lubri- cantes). Este sistema describe nueve grados desde 000, el más suave, pasando por 00, 0, 1, 2, 3, 4, y 5, hasta 6, el más duro. Los grados más utilizados son los 1, 2, y 3; los grados 1 y 2 suelen utilizarse para la lubricación de puntos de apoyo rodantes, mientras el grado 3 puede ser requerido para puntos de apoyo operando a temperaturas más altas.

Grasas Número Número NLGI NLGI

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Módulo Seis

Penetración Penetración Trabajada Trabajada aa 225C 225C (Décimas de milímetro) 445 - 475 400 - 430

000 000 00 00

355 - 385

11

310 310 -- 340 340

22 33

265 - 295

44

175 - 205

55

130 - 160 85 - 115

220 - 250

66

Se mide la consistencia utilizando un cono de un tamaño y un peso específico llamado penetrómetro. Se coloca el cono con la punta apenas tocando la superficie de la muestra de grasa. Luego se suelta el cono dejándolo hundir bajo su propio peso durante 5 segundos.

Se mide la profundidad de la penetración del cono y luego se relaciona con la consistencia de la grasa. A mayor penetración del cono, más blanda es la grasa y su grado es bajo en el sistema.

ESTABILIDAD MECANICA El trabajo mecánico, tal como el de una caja de velocidades, puede descomponer la estructura de una grasa y cambiar su consistencia. La mayoría de las grasas tienden a ablandarse ligeramente durante un trabajo pesado y luego recuperan poco a poco su consistencia original cuando el trabajo ha terminado. La capacidad de una grasa para resistir a cambios en su consistencia durante el trabajo, manteniendo la lubricación se llama estabilidad mecánica. Una grasa debe tener una estabilidad mecánica adecuada, para mantener una lubricación eficiente particularmente cuando existen vibraciones. Grasas inestables las cuales sé suavisan excesivamente, podrían eventualmente escaparse de los cojinetes. Ya que la mayor parte de las grasas demuestran un cambio de consistencia al hacerlas trabajar, las penetraciones suelen ser medidas antes y después del trabajo de la grasa en lo que se llama un trabajador de grasa de 60 golpes dobles.

Grasa Penetrómetro

La estabilidad mecánica sé evalúa midiendo la consistencia de la grasa antes y después de trabajarla durante un período prolongado. Dos métodos corrientes de trabajo se utilizan; el primero hace trabajar la grasa varios miles de golpes en un trabajador de grasa; el segundo muele una muestra de

Grasas

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Módulo Seis aunque hay muchos otros factores que se deben tener en cuenta. Una grasa no debe ser trabajada a la temperatura de su punto de goteo, sino, por debajo de éste, entre 200 y 400 C. dependiendo del tipo de jabón.

Trabajador de grasas.

Cuando una grasa se enfría, se endurece gradualmente, hasta que llega a un punto en que ya está demasiado dura para actuar como un lubricante efectivo. La temperatura más baja de trabajo de una grasa, está determinada principalmente por el aceite base.

grasa en un tambor de metal durante dos horas con un rodillo pesado. Varios fabricantes de puntos de apoyo también han encontrado sus propios métodos para probar la estabilidad mecánica de una grasa. Típicamente estos involucran operar un punto de apoyo lubricado con una grasa durante un tiempo específico y luego evaluar la condición de la grasa y los componentes del punto de apoyo. Punto de goteo Al calentar una grasa a base de jabón, se suaviza gradualmente hasta una temperatura crítica, a la cual se descompone su estructura y la grasa se derrite. La temperatura a la cual se produce esta licuación se llama punto de goteo. Si se deja enfriar después de llegar a este punto, es posible que no recupere su consistencia original. El punto de goteo da, entonces, una indicación de la temperatura a la cual puede ser utilizada una grasa,

Punto de goteo.

Grasas El punto de goteo de una grasa se mide tradicionalmente calentando una muestra en una tasa agarrada a la punta de un termómetro. Se anota la temperatura en el momento en que cae la primera gota de grasa de un agujero en el fondo de la tasa. En instrumentos más modernos, se mide la temperatura y la formación de la gota de aceite electrónicamente.

SEPARACION DE ACEITE Bajo ciertas circunstancias el aceite base en una grasa puede separarse del espesante. Algún grado de separación es esencial, de otra manera la grasa no podría proveer una lubricación adecuada. La formación de pequeñas cantidades de aceite, en la superficie de la grasa, en recipientes almacenados, es por lo tanto normal y no debe causar preocupación. Este aceite debe ser mezclado con la grasa antes de ser utilizada. La separación excesiva del aceite, en sistemas de lubricación por grasa, puede causar problemas. Por ejemplo, cuando la grasa es bombeada a presión a través de un tubo, el aceite base puede separarse de su espesante, como si estuviera siendo filtrado. En este caso, el aceite puede escaparse de los rodamientos que debe lubricar, mientras que el jabón se queda bloqueando el tubo. Por esta razón, las grasas que deben ser bombeadas a través de tubos muy largos, deben ser fabricadas para que esto no suceda.

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Módulo Seis COMPATIBILIDAD La separación de aceite puede también ocurrir cuando se mezclan dos grasas. El aceite base y los espesantes en cada grasa individual, son escogidos cuidadosamente para ser compatibles y proveer las propiedades requeridas. El aceite base de una grasa puede ser incompatible con el espesante de otra, de tal manera que cuando las grasas se mezclan, la estructura de una o de ambas se rompe. Esto resultará en una pérdida de la eficiencia lubricante y puede resultar en una falla total. Por lo tanto dos grasas diferentes, normalmente, no deben mezclarse en el mismo sistema. La compatibilidad de la grasa con los empaques y otros componentes del sistema de lubricación es también importante y depende de las propiedades del aceite base.

Grasas

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Módulo Seis

CRITERIO DE SELECCION DE LA GRASA La escogencia de un lubricante para aplicaciones especificas es un asunto que debe resolverse armonizando las características ya sea de los aceites o las grasas, con las exigencias de servicio, (tabla página siguiente) y sopesando las relativas ventajas de cada una. En general la lubricación de grasa es la mejor opción para: - Equipos que trabajan intermitentemente o que se guardan por largos períodos de tiempo. - Condiciones extremas de funcionamiento( a l tas temperaturas, altas presiones, cargas de choque, bajas velocidades)

Propiedades Punto de goteo (°C) Temperatura máxima de goteo Resistencia al agua1 Estabilidad mecánica Estabilidad a la oxidación Protección contra herrumbre Bombeabilidad (en sistemas centralizados) Separación de aceite Apariencia

Calcio Sodio Calcio ((Convenc Convenc) 96 - 104 163 - 177

Calcio (Anhidro) 135 - 143

- Equipo bastante desgastado (las películas de grasa más espesa funciona bien en los espacios muertos agrandados). Las grasas se utilizan para: - Prevenir el desgaste. - Reducir la frecuencia de la relubricación. - Actuar como sellante. - Proveer protección contra la corrosión y la herrumbre. - Inhibir la oxidación. - Suspender (actúa como un reservorio de adi tivos sólidos) - Proteger los sellos de caucho.

Litio 177 - 204

Complejo de Aluminio

Complejo Complejo de de Calcio Calcio

260 +

260 +

Complejo Complejo de de Litio Litio 260 +

Poliúrea Poliúrea 243

Organo-arcilla Organo-arcilla 260

121

93

110

135

177

177

177

177 177

177

P-R

B-E

E E

B

B-E

R-E

B-E

B-E

R -E

R R -B -B

R -B

R R

R-B

B B -- E E

B-E

B-E

R -B

B-E

P P -- B B

P-E

R-E

R-E

R-E

P-B

R R -- E E

B-E

B B

B B -- E E

P-E

P P -- E E

P-E

B-E

R-E

R R -- E E

R R -- E E

P-E

P-R

B-E

R-E

R-E

R-B

P-R

B-E

B-E

B B

B B Suave mantequillosa Disponibilidad EP

B-E Suave mantequillosa Disponibilidad Disponibilidad EP, EP, reversible reversible

B-E

B-E

B B -- E E

B-E

B-E

Suave mantequillosa Disponibilidad EP, reversible

Suave mantequillosa EP, antidesgaste inherente inherente

Suave Suave mantequillosa mantequillosa Disponibilidad EP

Suave mantequillosa mantequillosa Disponibilidad EP EP

Suave mantequillosa mantequillosa

Sin cambio

Líder

En declive

En aumento

Estable

En declive

Otras propiedades

R-B Suave a fibrosa Adhesiva, cohesiva

Volumen de producción y tendencia

En declive

P-B Suave mantequillosa Disponibilidad Disponibilidad EP En declive

En aumento 1

1

P= pobre; R= regular; B= bueno; E= excelente

P=Pobre; R=Regular; B=Bueno; E=Excelente

Grasas - Reducir la vibración y el ruido. - Minimizar escapes, goteos y salpicaduras. Por su consistencia, las grasas se mantienen más fácilmente en los alojamientos de los cojinetes y se facilita un diseño de sello más sencillo. Cuando los sellos se gastan o deterioran, es más probable que la grasa permanezca en su sitio, mientras que el aceite escapa fácilmente. Esta es una ventaja especial cuando se debe evitar la contaminación del lubricante, como en el caso de los equipos procesadores de alimentos. La grasa se comporta como un sellante natural al prevenir la pérdida del lubricante o la entrada de materiales extraños. La grasa se usa frecuentemente para lubricar transmisiones y cadenas descubiertas ya que forma una barrera entre los contaminantes y los componentes. Las grasas se usan muy a menudo para componentes que están aislados o son relativamente inaccesibles. En estas aplicaciones no sería práctico suministrar un colector de aceite o relubricar los componentes con frecuencia. La grasa necesita menor frecuencia de aplicación ya que su alta consistencia resiste los arrastres. Como la grasa posee gran resistencia al movimiento, las funciones de alto y bajo torque, indican la escogencia de aceites u otros lubricantes fluidos. La lubricación apropiada de los rodamientos necesita menores cantidades de grasa, que de aceite.

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Módulo Seis El aceite, sin embargo es más fácil de administrar a todas las partes móviles de la máquina y se maneja más fácilmente cuando se drenan o se rellenan los depósitos de los cojinetes y las cajas de transmisión cerradas. El aceite también actúa como refrigerante. La grasa por su consistencia semifluida no está equipada para disipar el calor y no debe ser lubricante, en aplicaciones que involucren altas velocidades y excesiva fricción.

Grasas

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Módulo Seis

USOS MULTIPLES Las grasas se pueden formular para cubrir una amplia escala de requisitos de aplicación, Requisitos de formulación y aplicaciones. Servicio

Requisitos

• Alta Alta Temperatura Temperatura

• Espesante Espesante de alta temperatura Aceite de alta viscosidad Aceite de alto punto de chispa Grado más alto de NLGI Resistencia a la oxidación

• Baja Baja Temperatura Temperatura

• Bajo Bajo porcentaje porcentaje de de espesante espesante Grado más bajo de NLGI Aceite de baja viscosidad Aceite de bajo punto de fluidez Resistencia a la oxidación

• Amplio Rango de Temperatura Temperatura de de Operación Operación

• Espesante de alta temperatura Buen Buen torque torque aa baja baja temperatura temperatura Buena Buena capacidad capacidad de de bombeo bombeo Baja Baja evaporación evaporación Resistencia Resistencia aa la la oxidación oxidación Resistencia Resistencia aa la la corrosión corrosión

• Exposición al Agua

•• Bajo arrastre de agua agua Baja Bajo Baja atomización atomización de agua Consistencia Consistencia firme firme Resistencia Resistencia aa la la herrumbre herrumbre herrumbre

• Extrema Presión

• Vapores bajos de prueba de desgaste desgaste Valores Valores altos altos de de prueba prueba EP EP Aditivos Aditivos sólidos, sólidos, si si son son requeridos requeridos Aceite Aceite de de alta alta viscosidad viscosidad (preferido) (preferido)

• Multiusos

• Usual antidesgaste EP Resistencia Resistencia aa la la oxidación oxidación Resistencia Resistencia aa la la corrosión corrosión Aceptable Aceptable capacidad capacidad de de bombeo bombeo Resistencia Resistencia al al agua agua

Aunque el mercado de grasas se divide entre los segmentos automotor e industrial, no siempre se hace énfasis en la distinción entre las características y la calidad que cada uno requiere. Muchas aplicaciones industriales, pueden servirse con las grasas de alta calidad para cojinetes de automotores. En realidad, las especificaciones para automotores funcionan frecuentemente como guías para la selección de grasas industriales. Ciertamente, algunos ambientes industriales requieren perfiles especiales de desempeño, tales como, resistencia al agua y alta estabilidad térmica para ser utilizadas en los laminadores de acero. Los fabricantes de puntos de apoyo utilizan varios factores en los cálculos para determinar las grasas adecuadas para los rodamientos. El factor de la velocidad del punto de apoyo (ndm) es igual a la velocidad rotatoria en revoluciones por minuto (n) multiplicacda por el diámetro del círculo primitivo (pitch cicle) del punto de apoyo en milímetros (dm). El diámetro del círculo primitivo se toma como el promedio del diámetro interior (d) y del diámetro exterior (D) del punto de apoyo:

ndm = n x (d+D) 2 Los factores de velocidad máxima de los puntos de apoyo se han determinado para varios tipos de puntos de apoyo lubricados con grasa y aceite.

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El factor k es la relación de la viscosidad real del aceite base a la viscosidad requerida para asegurar la lubricación adecuada a la temperatura de operación. k debe ser mayor de 1. Sí es menos de 1, se debe usar una grasa con aditivos EP.

La relación P/c es un factor que toma en cuenta la carga del punto de apoyo. (c es el factor de carga dinámica y P es la carga equivalente tomando en cuenta las cargas axiales y radiales). La relación P/c se puede usar junto con el factor de velocidad del punto de apoyo para ayudar en la selección de los lubricantes.

10.000 5.000 2.000 1.000 500 500 200 200

Diámetro Diámetro Diámetro interior decreciente del punto de apoyo

20.000 Velocidad (RPM)

El coeficiente a 23 da un indicación del efecto del material del punto de apoyo y de la viscosidad del aceite base sobre la vida útil del punto de apoyo. Esto se puede determinar desde los cuadros suplidos por el fabricante si se conoce el factor de la velocidad del punto de apoyo y el factor k. Debe ser mayor a 1.

50.000

10 mm 20 mm 50 50 mm mm 100 mm 200 mm

100 100 11 2 3 10 20 20 50 100 200 500 Viscosidad a la temperatura de operación (cSt (cSt)) Un cuadro de selección de viscosidad para los rodamientos, mostrando la viscosidad mínima del aceite base para una lubricación adecuada a la temperatura de operación.

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REQUERIMIENTOS AUTOMOTRICES La sociedad de ingenieros automotrices (SAE), ha clasificado las grasas para uso en automotores de acuerdo a la importancia de sus propiedades especiales, en aplicaciones específicas.

Importancia relativa de las propiedades de las grasas para automotores.

Propiedad • Estabilidad mecánica y estructural • Resistencia a la oxidación • Servicio alta temperatura

Cojinete Juntas Rueda Universales Chasis Chasis ELI Multipropósito A

M

B

A

A

A

M

B

A

A

A

M

B

M

A

• Protección contra fricción y desgaste

M

A

M

A

A

• Corrosión • Arrastre

M M

M M

B M

A A

M M

* H= más alta; M= moderada; B= baja; (Reporte informativo SAE J310)

Grasas Cojinete de Rueda Son los componentes más críticos del engrase de un vehículo automotor. Se usan elementos rodantes, en su mayoría cojinetes cónicos que deben funcionar bajo condiciones muy severas de peso y velocidad, en medios difíciles (lodo, agua, nieve, polvo, etc.). También están sujetos a cargas de choque severas y a altas temperaturas, cuando se frena. Es muy importante que la grasa del cojinete de rueda no sangre o se suavice excesivamente; el escape resultante puede ocasionar la falla de los frenos. Como, en los demás rodamientos, todas las causas comunes de fallas de los cojinetes, también son aplicables a los de las ruedas. Adicionalmente, estos cojinetes están expuestos a desgaste (una condición que generalmente no se encuentra en los rodamientos en otras aplicaciones). Desgaste por rozamiento "Falsa Dureza": este es un tipo especial de daño en los cojinetes, que puede ser producido si se somete a un cojinete cargado, a vibración de baja magnitud durante un tiempo relativamente largo. Esta condición aparece en los cojinetes de rueda de los automóviles que se transportan en tren o niñera por largas distancias. El desgaste por rozamiento también puede suceder, aunque no muy comúnmente, por ciertas condiciones de funcionamiento por ejemplo, manejar frecuentemente en carreteras destapadas, sometiendo el cojinete a periódicas cargas de choque. El desgaste por rozamiento también puede ocurrir

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Módulo Seis cuando un vehículo queda guardado por largo tiempo sin moverlo. En este caso la vibración de la tierra o la edificación puede ser suficiente para originar el desgaste del cojinete. Generalmente la grasa se vuelve de un color café rojizo por la formación del óxido de hierro, como resultado del roce. El óxido de hierro es un abrasivo, y rápidamente puede crear depresiones en los rodamientos. La corrosión por roce aparentemente depende de la combinación de carga del cojinete, velocidad de vibración y ángulo de oscilación. La metalurgia del cojinete parece tener poca influencia en el desgaste por roce. El único remedio para este problema es sacarle la carga a los cojinetes de rueda, levantando con gato el vehículo, durante los acarreos por largas distancias o almacenamiento por período prolongado. El tipo de grasa que se usa, también puede afectar el fenómeno de desgaste por roce. Algunas grasas retardan el desgaste aunque no lo eliminan. Las buenas propiedades antidesgaste, tampoco garantizan la protección contra desgaste por roce. Sin embargo, sí tiene un buen efecto la viscosidad del aceite base, la consistencia, las características de sangrado y los aditivos. Una grasa más suave con una viscosidad de aceite base relativamente baja y una mayor tendencia al sangrado, podría brindar una mejor, aunque no completa protección, que una grasa más dura, dependiendo del aditivo presente.

Grasas Vida activa del cojinete de rueda Como todos los demás rodamientos, la vida de los rodamientos de rueda es impredecible. Incluso en cualquier momento pueden fallar los cojinetes lubricados y mantenidos debidamente. La mejor forma de lograr una vida óptima del cojinete es utilizar el tipo de grasa e intervalos de engrase recomendados por el fabricante del vehículo y establecer practicas de mantenimiento que eliminen las causas más comúnes de fallas en los cojinetes. Grasas para juntas universales La grasa para juntas universales es capaz de soportar cargas pesadas y posee las demás propiedades relacionadas en la tabla (página anterior). Algunas grasas de rodamientos de ruedas, se usan frecuentemente para esta aplicación. Grasa para chasis Las grasas para chasis (Tabla), se aplican con pistola a través de accesorios y en los intervalos que sugiere el fabricante del equipo. Una grasa con una viscosidad aparentemente alta, con un índice alto de corte, puede ser necesaria para el servicio pesado. Grasa para chasis de intervalos extendidos de lubricación (ELI) Estas grasas se utilizan en las suspensiones, drivelines, y sistemas de dirección que tienen uniones selladas de fábrica o un ensamblaje que no requiere relubricación en intervalos comparativamente largos.

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Módulo Seis Grasa multiprósito Estas grasas cumplen los requisitos de desempeño para chasis, cojinetes de rueda, lubricación de juntas universales y otros usos misceláneos automotrices como el del servicio de quinta rueda. Algunos lubricantes ELI de chasises son satisfactorios como grasa multiusos. Grasas de extrema presión (EP) Aunque no están designadas por el uso, esta terminología se aplica a las grasas con alta capacidad de llevar carga, como lo determinan las máquinas Timken o de cuatro bolas. Las propiedades EP pueden incorporarse en cualquiera de los tipos de uso, más frecuentemente a aquellas designadas como multiuso o ELI.

Grasas APLICACIONES EN ACERIAS Históricamente las chumaceras han sido fundamentales en la industria ferrometálica, particularmente en labores de laminación. Sin embargo, las acerías más nuevas usan gran cantidad de rodamientos. En acerías los cojinetes de mesa y cuello cilíndrico están sujetos a condiciones difíciles de servicio. En este medio hostil se sabe que los cojinetes de rodamientos, transmiten fuerza y soportan carga más efectivamente que los cojinetes planos. En el proceso de laminación, los espacios entre los rodillos se reducen, después de cada paso consecutivo del lingote. Los cojinetes deben por tanto tolerar el alto impacto inicial de carga y luego mantener la carga por largos períodos hasta que el lingote se adelgace a las dimensiones finales prescritas. Los rodamientos, también son componentes importantes de grúas, cargadores, correas transportadoras y quemadores.

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METODOS DE APLICACION DE LA GRASA La grasa se puede aplicar de varias formas, dependiendo del número de cojinetes u otras piezas móviles comprometidas y de las condiciones bajo las cuales funciona una máquina en particular. Los métodos de aplicación van desde el manual, en su forma más simple, hasta los sistemas de provisión de grasa centralizados y completamente automáticos. Empacado manual El sistema de aplicación más simple es el de llenar a mano con grasa, ciertos tipos de cojinetes antes del ensamblaje final o al momento de la relubricación. El relleno manual es despilfarrador y deja que la mugre u otras materias extrañas penetren al cojinete con la grasa. Engrase por copa de compresión Este mecanismo se atornilla directamente en el ensamblaje de los cojinetes y es ampliamente utilizado en ciertos tipos de maquinaria. La copa se llena con grasa y la tapa se atornilla hacia abajo lo suficiente para engranar una rosca. La grasa se coloca dentro del cojinete dándole vuelta continuamente a la tapa; la tasa de alimentación generalmente la marca el número de vueltas por hora, por día, o por cualquier otra unidad de tiempo, dependiendo de las necesidades. A pesar de considerarse una mejora comparada con la manual, este sistema falla en dar al cojinete una cantidad uniforme y eficiente de grasa y requiere de frecuente atención.

Una copa de grasa.

Engrase de copa automático Este método es un refinamiento del vaso de compresión, se trata de un reservorio lleno de grasa con un émbolo forrado en cuero y activado por un resorte que empuja lentamente la grasa dentro del cojinete. La válvula de rosca de la base del reservorio se puede activar o desactivar en cualquier punto intermedio para regular la salida o el flujo de grasa. Ninguno de los dos tipos de copa de grasa se recomienda para uso bajo condiciones de grandes variaciones de temperatura que puedan afectar la consistencia de la grasa.

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Aplicación por presión El método que se utiliza con más frecuencia para aplicar la grasa es el de accesorios de presión. La grasa se puede aplicar por medio de una pistola de grasa, que se opera manualmente o por unidades eléctricas o de aire comprimido. Estos accesorios de presión pueden enroscarse directamente dentro del alojamiento del cojinete. Cuando la grasa se aplica en la parte de arriba bajo presión, se abre una válvula de flotador que permite el flujo de grasa dentro del área del cojinete. Cuando se quita la presión, la válvula se cierra para aislar el cojinete de la mugre y prevenir escapes que pueden surgir en el cojinete por la presión de retorno. Existen accesorios de presión en diferentes cantidades de diseño, que se adaptan a varias aplica-

ciones. Se prefieren los accesorios de presión a los de vaso por las siguientes razones: - La lubricación por presión permite sacar a chorro la grasa antigua y los contaminantes del cojinete. - Los accesorios de presión protegen más efectivamente el cojinete de la entrada de partículas extrañas. - Los sistemas de presión se espera que brinden una lubricación más eficiente porque el desperdicio de grasa es mínimo.

Válvula

Resorte

Retorno Cámara Pistón Cámara de descarga Intermedia De la bomba

Al Cojinete Sistema Automático de Engrase.

Al Cojinete

Grasas Sistemas centralizados de engrase Los sistemas centralizados de engrase son mucho más confiables y económicos que los métodos de engrase manual descritos anteriormente. Los sistemas centralizados permiten la lubricación de gran número de cojinetes y partes móviles mientras la máquina está funcionando. Más importante aún, los sistemas centralizados eliminan el potencial de lesiones asociadas con los sistemás manuales y facilitan el suministro de grasa al cojinete y accesorios cuyo acceso generalmente es difícil y peligroso. Los sistemas centralizados automáticos suministran la grasa en cantidades medidas a muy distintos sitios. Básicamente los sistemas automáticos consisten de una bomba, que produce la presión requerida para empujar la grasa a través de las válvulas medidoras, líneas, y conexiones de manguera flexibles hacia todos los puntos de cojinete que requieren lubricación. La bomba puede operarse manualmente, con un motor, o ser accionada por alguna pieza de vaivén. La frecuencia de la operación se controla manualmente o a través de un reloj eléctrico que se puede ajustar para que funcione a los intervalos que se requieran. Las recientes innovaciones a la lubricación centralizada incluyen cronometraje electrónico, programación por computador y diseños modulares

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Grasas CONSIDERACIONES SOBRE MEDIO AMBIENTE Los aspectos del medio ambiente continuarán teniendo una gran incidencia en la industria de grasas lubricantes tanto para el fabricante como para el usuario, tal como ocurre con los demás lubricantes y áreas de lubricación. La biodegradabilidad es un tema ambiental de excepcional importancia aunque no el único. Otros factores importantes que afectan el medio ambiente son: - Toxicidad de los productos terminados.

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Módulo Seis APLICACIONES DELICADAS Cualquier aplicación que involucra exposición a los elementos es susceptible a que la grasa se escape o salga por arrastre. Las industrias y sus típicas aplicaciones que tienen él más alto potencial de afectar el medio ambiente son: - Ferrocarril (grasas curvas y de zapatas). - Minería (grasas de transmisiones abiertas). - Acero (lubricantes de laminadores). - Agricultura (lubricantes de recolectoras de algodón).

- Uso de metales pesados (tales como plomo y antimonio).

- Construcción (lubricantes de excavadoras).

- Uso del cloro para mejorar el desempeño EP.

- Forestal (lubricantes de levas).

- Aplicaciones de unidades selladas para reducir la cantidad de grasa que se usa. - Grasas como las fórmulas poliméricas que minimizan las pérdidas por escapes o a se sacan de la pista, o grasas resientes a escapes que se usan en minería)

- Marítima.

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BIODEGRABABILIDAD Mejorar la capacidad de los componentes de la grasa para que se degraden como resultado de un proceso biológico natural, es el área de más actividad dentro de la industria de grasas. Las grasas biodegradables se componen esencialmente de los mismos químicos como los de los producto no degradables, El componente primario que afecta la biodegradabilidad es la clase de aceite base utilizado en la fórmula. Se deben usar aceites vegetales y/o sintéticos porque los aceites minerales no son rápidamente biodegradables. 75 75 -- 95 95 % % Base Base fluida fluida

Aceites Aceites vegetales vegetales Aceites sintéticos

55 -- 20 20 % % Espesantes

11 aa 88 % % Aditivos

Jabones convencionales

Inhibidores Inhibidores de de oxidación oxidación Inhibidores de corrosión Agentes Agentes anti anti-desgaste EP, EP, polímeros polímeros

El reto al utilizar aceites vegetales es su limitación para altas temperaturas y los aceites sintéticos son costosos. Si se requiere alto desempeño, la aditivación de estos productos se convierte también en un reto. Por ejemplo, en la fabricación de las grasas que más se usan en las aplicaciones multiusos con

base en litio 12-hidroxiestearato o en la química del jabón de complejo de litio el aceite y el espesante se calientan a 4000 F. A esta temperatura, el aceite vegetal se oxidaría. Por tanto, las grasas biodegradables se elaboran de jabón de calcio que tiene una temperatura de cocción más baja pero que también tiene limitaciones de desempeño. Las grasas biodegradables se han elaborado también de arcilla, poliúrea y jabones de complejo de aluminio pero todas tienen limitaciones de desempeño/costo. Las especificaciones de métodos estandarizados de prueba de las grasas biodegradables es un área en desarrollo. Actualmente, las pruebas de lubricantes solubles en aceite incluyen CECL-33T-82 con un criterio de aprobación de 70-80% de pérdida y la prueba Sturm Modificada con un criterio de aprobación de 60% o más. El grupo de trabajo de Grasas y Medio Ambiente del Instituto Europeo de Lubricantes de Grasas (ELGI) está desarrollando las especificaciones de prueba (usando la prueba CEC modificada para uso con grasas) para medir la biodegradabilidad de la grasa. Esta prueba se denomina CEC L-33-A-94.

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RESPONSABILIDAD GLOBAL

PRUEBAS DE GRASAS

Históricamente las consideraciones de costo y desempeño eran primordiales en determinar cómo se formulaban y fabricaban las grasas. Ahora, un concepto más global demanda la consideración de varios factores adicionales como:

Las especificaciones estandarizadas de las pruebas imparten las guías para determinar y verificar las características importantes del desempeño de las grasas. Los usuarios pueden identificar los criterios de desempeño requeridos utilizando tales especificaciones y controlar los surtidos que llegan para asegurar el cumplimiento del producto con tales criterios. Las especificaciones típicas de las grasas para automotores, industrial y uso militar se resume en el ánexo A. También se incluyen las especificaciones y estándares internacionales comunes (Europeos y Japoneses).

- Restricciones ambientales. - Biodegradabilidad. - Amplitud de conciencia del posible impacto en el medio ambiente a lo largo del ciclo de vida de un producto desde su formulación y fabricación hasta su utilización final. - Mayor información en la etiqueta del producto respecto al correcto manejo, uso, disposición y peligros potenciales.

La lista de las pruebas de grasa común de la Tabla (Indice de pruebas de grasas) no cubren todas las pruebas ideadas para determinar las características de las grasas bajo varias condiciones. Sin embargo, es una compilación de las pruebas usadas más frecuentemente. La mayoría de ellas se ciñen a las pautas desarrolladas por varias organizaciones que elaboran los estándares. Las pruebas no estandarizadas se emprenden para evaluar las características de las grasas bajo aplicaciones o ambientes de operación específicos. A continuación se incluye una guía de la nominación y alcance de las pruebas estandarizadas más comunes. Estas pruebas se usan para determinar las características más importantes de desempeño de

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las grasas. Una copia actualizada de la especificación de cada prueba suministrará una completa descripción de los parámetros, aparatos, procedimientos y criterios de evaluación de resultados de la prueba. Características

Especificaciones Prueba

IP*

Denominaciones Separación Separación de de aceite aceite (estático) (estático) Separación Separación aceite aceite presión presión

Resistencia al sangrado

FTM FTM 321.3 321.3 ASTM D - 1742

Corrosión

ASTM D - 1743 EMCOR ASTM D - 4048

220

Prueba Prueba de de corrosión corrosión Corrosión Corrosión del del acero acero Corrosión Corrosión del del cobre cobre

Extrema presión / antidesgaste

ASTM D - 2596 ASTM D - 2509 ASTM D - 2266 Optimol SRV SRV

326 239

Cuatro Cuatro -- bolas bolas Método Método -- Timken Desgaste Desgaste de de cuatro cuatro bolas bolas Oscilación Oscilación

Identificación y control de calidad

ASTM D - 2265

Punto Punto de de goteo goteo

Resistencia a la oxidación

ASTM D - 942 ASTM D - 3527 ASTM D - 3336 DIN - 51806 SKF RDF

Oxidación Oxidación de de bomba bomba Vida Vida del del cojinete cojinete de de rueda rueda Desempeño Desempeño aa alta alta temperatura temperatura Cojinete Cojinete de de rodillo rodillo Altas Altas temperaturas temperaturas yy velocidades velocidades

142

ASTM ASTM D D -- 1092 1092

A A la la rata rata de de corte corte de de 16 16

Capacidad de / Bombeo

ASTM ASTM D D -- 4693 4693 U.S. Steel LT37

Torque Torque de baja temperatura Movilidad Movilidad

Estabilidad de corte

ASTM ASTM D D -- 217 217 ASTM ASTM D D -- 1831 1831 ASTM ASTM D D -- 4290 4290

Viscosidad aparente

Escape

ASTM ASTM D D -- 1263 1263

Resistencia al agua

ASTM ASTM D D -- 1264 1264 ASTM ASTM D D -- 4049 4049

Velocidad constante de las juntas

CVJ

Penetración Penetración multiempo Estabilidad Estabilidad de de rodamiento rodamiento Filtración Filtración del del cojinete cojinete de de rueda rueda

50

215

Barrido Barrido por por agua agua Rociado Rociado por por agua agua Desempeño CVJ

* Instituto de Petróleo (Reino Unido)

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En la Tabla se provee una descripción de las pruebas de cojinetes lubricados con grasa que se usan más comúnmente en Europa.

Pruebas de Cojinetes usados ampliamente en Europa Tipo

Prueba cojinete

Velocidad Velocidad ((rpm rpm)

22312 M.C4 6308

1500, 2500, 3500 1200 a 10000

FAG FAG KSM KSM

6204 6204 2Z 2Z (C3) (C3) 30206

20000, 10000, 6000 3000, 1500

FAG FE 9

7206

3000, 6000

SKF R2F IP 168 / 79 SKF SKF ROF ROF

FAG FE 8

Tendencia al escape de las grasas

7312, 31312A, 29412B 29412B

Cojinete de cono, D= 6.3.5 mm y 49 mm

7.5 / 75 / 750 / 1500 / 3000

660 660

Temperatura Cojinete (C) Duración (hr (hr))

Carga Carga Radial Radial (N) (N) 8510 1334 50 50

-Tensión de correa

Criterio de clasificación

Axial (N)

---

< 150 < 177

480 500

100 100