Manual Lubricacion Shell

Introducción a los lubricantes y la lubricación

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Uno

CONTENIDO Introducción Sección Uno Fricción Lubricación El mecanismo de lubricación Resumen

Sección Dos Qué hacen los lubricantes? Las funciones de los lubricantes Tipos de lubricantes Propiedades importantes de los lubricantes Resumen

Sección Tres Qué hay en un lubricante Aceites bases y aditivos Aceites bases La fabricación de aceites lubricantes Aditivos Formulación Resumen

Sección cuatro El lubricante adecuado para el trabajo La selección de los lubricantes

Recomendaciones de los fabricantes Probando los lubricantes Resumen

Sección Cinco Almacenamiento, manejo, y uso de los lubricantes Contaminación entre lubricantes Salud ocupacional

Sección Seis Guías del usuario para implementar una adecuada administración de la lubricación Análisis CAVEB Análisis previos a la selección de lubricantes Racionalización de productos Manejo de problemas Selección de mejoras de proceso Pruebas de campo Elección de nivel y tipo de mantenimiento requerido Resumen y costos de análisis productivos

Introducción a los lubricantes y la lubricación INTRODUCCION El Tutor de Lubricación Shell ha sido diseñado para suministrarle la información clave sobre lubricantes y sus aplicaciones. Igualmente pretende desarrollar su conocimiento de productos y permitirle hacer su trabajo más efectivamente. También le proporcionará una base sólida para un entrenamiento posterior. Si usted desea obtener lo mejor del Tutor, es importante que trabaje cuidadosa y conciensudamente los Manuales. Estos han sido diseñados para ser fáciles de seguir, pero igualmente demandará algo de tiempo, esfuerzo y compromiso de su parte. Esperamos que disfrute la experiencia de aprender y que prontovea como los beneficios de su mejora en el conocimiento de productos le ayudará a hacer su trabajo más eficientemente.

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SECCION UNO FRICCION Qué es fricción? Cuando una superficie se desliza sobre otra, siempre hay resistencia al movimiento. Esta fuerza de resistencia, o fricción, depende de la naturaleza de las dos superficies en contacto. Cuando la fricción es pequeña como lo es por ejemplo cuando un esquiador se desliza hacia abajo sobre una superficie de nieve, el movimiento es suave y fácil. Cuando la fricción es grande, deslizarse se vuelve difícil, las superficies se tornan calientes y sé desgastan. Esto pasa, por ejemplo cuando las pastillas de los frenos son aplicadas para disminuir la velocidad de una rueda.

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Módulo Uno Cuando las superficies se mueven, las asperezas pueden quedar trancadas una con las otra y se pueden soldar. Entre más sé presione una superficie con la otra mayor será la fricción.

Las consecuencias de la fricción En la mayoría de las máquinas es importante mantener la fricción entre las partes móviles a un mínimo. Cuando la fricción es excesiva, tiene que hacerse trabajo adicional para continuar él movimiento. Esto genera calor y gasto de energía. La fricción también incrementa el desgaste y por tanto reduce la vida de la máquina. Movimiento

Qué causa la fricción? La fricción es el resultado de la rugosidad de las superficies. Bajo microscopio electrónico, aún las superficies aparentemente más lisas, muestran muchas rugosidades o asperezas. Dos superficies que aparentan estar en contacto total, realmente se están tocando una con la otra en los picos de sus asperezas. Toda carga es por lo tanto soportada solamente en unos pequeños puntos y la presión sobre estos es enorme.

Fricción

Contacto entre dos superficies Fricción y sus causas

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LA FRICCION

E

n física clásica hay dos leyes que describen la fricción entre dos superficies

La primera ley de la fricción, establece que la fricción entre dos sólidos es independiente de el área de contacto. Por lo tanto de acuerdo con esta ley, cuando un ladrillo es movido a lo largo de una lámina de metal la fuerza opuesta a su movimiento será la misma sí el ladrillo se desliza sobre su cara inferior, sobre su cara anterior o sobre su cara lateral. La segunda ley de la fricción, establece que la fricción es proporcional a la carga ejercida por una superficie sobre otra. Esto significa que, sí un segundo ladrillo es colocado encima del ladrillo del primer ejemplo, la fricción será duplicada. Tres ladrillos triplicarán la fricción y así sucesivamente. Movimiento

Fricción

=

Fricción

=

Fricción

La primera ley de la Fricción

Fricción

Fricción x 2

Fricción x 3

La segunda ley de la Fricción

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Módulo Uno Como la fuerza friccional entre dos superficies es, proporcional a la carga es posible definir un valor conocido como coeficiente de fricción, el cual es igual a la fricción dividida por la carga. El coeficiente de fricción depende de la naturaleza de las dos superficies en contacto. Para sólidos ordinarios oscila en el rango de 0.3 y 3. Cuando un lubricante está presente entre las dos superficies, el coeficiente de fricción y por lo tanto la fuerza necesaria para producir el movimiento relativo, se reduce. De acuerdo a las leyes de fricción él coeficiente de la fricción de dos cuerpos debe ser una constante. En la práctica, éste varía ligeramente con cambios en la carga y con cambios en la velocidad de deslizamiento. La fuerza necesaria para que un cuerpo comience a deslizarse sobre otro, o sea, la fricción estática, es siempre mayor que la fricción dinámica que es la fuerza necesaria para que se mantenga en movimiento una vez éste haya comenzado.

Introducción a los lubricantes y la lubricación LUBRICACION Qué es la lubricación? Cualquier procedimiento que reduzca la fricción entre dos superficies móviles es denominado lubricación. Cualquier material utilizado para este propósito es conocido como lubricante.

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Módulo Uno Sin embargo, aún el mejor lubricante, nunca podrá eliminar la fricción completamente. En el motor de un vehículo eficientemente lubricado, por ejemplo, casi el 20% de la energía generada es usada para superar la fricción. Lubricacion

Cómo la lubricación reduce la fricción? La principal función de un lubricante es proveer una película para separar las superficies y hacer el movimiento más fácil. En un modelo donde un líquido actúa como lubricante, el líquido puede ser tomado como si formara un número de capas con las dos capas externas, superior e inferior adheridas firmemente a las superficies. A medida que una de las superficies se mueva sobre la otra, las capas externas del lubricante permanecen adheridas a las superficies mientras que las capas internas son forzadas a deslizarse una sobre otra. La resistencia al movimiento no está gobernada por la fuerza requerida para separar las asperezas de las dos superficies opuestas y poder moverse una sobre otra. En su lugar, esta resistencia está determinada por la fuerza necesaria para deslizar las capas de lubricante una sobre otra. Esta es normalmente mucho menor que la fuerza necesaria para superar la fricción entre dos superficies sin lubricar.

Las consecuencias de la lubricación Debido a que la lubricación disminuye la fricción, ésta ahorra energía y reduce él desgaste.

Contacto entre dos superficies

El efecto de un lubricante

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LA LUBRICACION a lubricación siempre mejora la suavidad del movimiento de una superficie sobre otra. Esto puede ser logrado en una variedad de formas. Los diferentes tipos de lubricación normalmente son denominados Regímenes de Lubricación.

L

Transiciones entre los diferentes regímenes tienen lugar durante él ciclo operacional de las máquinas. Las mejores condiciones de lubricación existen cuando las dos superficies móviles están completamente separadas por una película de lubricante como él modelo descrito en la página anterior. Esta forma de lubricación es conocida como Hidrodinámica o lubricación de película gruesa. El espesor de la película de aceite depende principalmente de la viscosidad del lubricante, una medida de su espesor o la resistencia a fluir.

hidrodinámica y límite. Las siguientes son las dos más importantes. Alta Velocidad

Lubricación Hidrodinámica Baja Velocidad

Lubricación Mixta Muy Baja Velocidad

Lubricación Límite

Por otro lado, la lubricación es menos eficiente cuando la película es tan delgada que él contacto entre las superficies tiene lugar sobre una área similar a cuando no hay lubricante. Estas condiciones definen la lubricación límite. La carga total es soportada por capas muy pequeñas de lubricante adyacentes a las superficies. La fricción es menor que en superficies completamente sin lubricar y está principalmente determinada por la naturaleza química del lubricante.

Lubricación mixta o de película delgada, existe cuando las superficies móviles están separadas por una película de lubricante continua con espesor comparable a la rugosidad de las superficies. Esta carga entonces está soportada por una mezcla de presión de aceite y los contactos entre superficies de tal forma que las propiedades de este régimen de lubricación son una combinación tanto de lubricación hidrodinámica como límite.

Varios regímenes de lubricación han sido identificados entre los dos extremos de lubricación

La lubricación elastohidrodinámica, es un tipo especial de lubricación hidrodinámica la cual se

Introducción a los lubricantes y la lubricación Lubricación Elastohidrodinámica Película de aceite

Alta presión incrementa la viscosidad

Cilindro Rotatorio

y deforma la superficie

puede desarrollar en ciertos contactos con altas cargas, tales como cojinetes y algunos tipos de engranajes. En estos mecanismos él lubricante es arrastrado hacia el área de contacto y luego sujeto a muy altas presiones a medida que es comprimido bajo carga pesada. El incremento de la presión tiene dos efectos. Primero que todo, causa él incremento en la viscosidad del lubricante y por lo tanto un aumento en su capacidad de soportar cargas. En segundo lugar, la presión deforma las superficies cargadas y distribuye la carga sobre un área mayor.

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Introducción a los lubricantes y la lubricación EL MECANISMO DE LA LUBRICACION

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Módulo Uno Un ejemplo es una biela del motor de un carro. A medida que el eje rota, una cuña de aceite se forma entre las superficies, la cual genera suficiente presión para mantenerlas separadas y sopotar la carga del eje.

La mayoría de las máquinas son lubricadas por los líquidos. Cómo son capaces estos líquidos de separar superficies y reducir la fricción entre ellas? Con el objeto de entender en que forma los líquidos lubrican en la práctica, es útil observar el caso de la chumacera simple. En este dispositivo sencillo ampliamente utilizado, un eje soporta las cargas y rota dentro de una cavidad de aceite.

Las cuñas de aceite, se pueden formar en otro tipo de chumaceras, tales como cojinetes con elementos deslizantes y rodantes, por un mecanismo similar. La formación de una cuña de aceite en un cojinete plano. Eje Estacionario

Eje Rotatorio

Cojinete

Contacto metal - metal

Cuña de aceite soporte de carga

La formación de una cuña de aceite.

En cojinete deslizante En un cojinete con elementos rodantes

En un engranaje

Introducción a los lubricantes y la lubricación La lubricación más eficiente, es la llamada lubricación hidrodinámica y es solamente obtenida cuando la película de aceite que se genera en un cojinete tiene un espesor varias veces mayor que la rugosidad de las superficies sólidas opuestas. Sí la película de aceite es demasiado delgada, las superficies entran en contacto directo, la fricción se incrementa, se genera calor y ocurre desgaste. Lubricación Hidrodinámica

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Módulo Uno puede restringir el movimiento relativo entre dos superficies. La viscosidad de un líquido disminuye al incrementarse la temperatura, por lo tanto un cojinete que esté lubricado eficientemente en frío puede que no trabaje bien si se calienta. Estaremos observando la viscosidad y su variación con la temperatura con más detalle en la siguiente sección. Diseño del cojinete La forma de las superficies lubricadas debe favorecer la formación de una cuña de aceite. Por lo tanto debe haber un espacio adecuado entre las superficies móviles. Alimentación del lubricante Claramente, la lubricación hidrodinámica no se puede desarrollar sí hay falta de lubricante. El movimiento relativo de las superficies

Varios factores influyen en la formación de la película de aceite y por lo tanto en la eficiencia de la lubricación. Estos incluyen: La viscosidad del lubricante Este es el factor más importante. Sí la viscosidad del lubricante es demasiado baja, esto es que el lubricante es muy delgado, éste no será capaz de formar una cuña de aceite adecuada. Es imposible generar suficiente presión para separar las superficies móviles. Si, por otro lado, la viscosidad es demasiado alta, el espesor del lubricante

Entre mayor sea la velocidad de deslizamiento mayor será la película de aceite, asumiendo que la temperatura permanezca constante. Una consecuencia importante de esto es que las superficies en movimiento, tenderán a entrar en contacto cuando el equipo arranque o pare. La carga A cualquier temperatura dada, un incremento de la carga tenderá a disminuir la película de aceite. Una carga excesiva tenderá a incrementar la fricción y el desgaste.

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RESUMEN DE LA SECCION UNO Fricción es el nombre dado a la fuerza que resiste el movimiento relativo entre dos superficies en contacto. La fricción genera calor, consumo de energía y aumenta él desgaste. Lubricación es el nombre dado a cualquier procedimiento que reduzca la fricción. El principal objetivo de la lubricación es separar las superficies opuestas y hacer el movimiento más fácil. La lubricación ahorra energía y reduce él desgaste.

Las mejores condiciones de lubricación ocurren cuando una película de lubricante gruesa se forma y es suficiente para separar las superficies móviles y soportar la carga sobre ellas. Esta es llamada lubricación hidrodinámica. La lubricación hidrodinámica solamente se puede desarrollar si la geometría de las superficies lubricadas ayudan a la formación de una cuña de lubricante. La lubricación hidrodinámica está favorecida por el incremento en la viscosidad del lubricante, una disminución de la temperatura (la cual incrementa la viscosidad del lubricante), un incremento en la velocidad de deslizamiento y una disminución de la carga. La eficiencia de la lubricación hidrodinámica se reduce y el contacto entre las superficies es más probable que ocurra cuando la viscosidad del lubricante disminuye, la velocidad de deslizamiento disminuye y la carga aumenta.

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Sección Dos QUE HACEN LOS LUBRICANTES? Los lubricantes cumplen con numerosas funciones diferentes de su papel principal de reducir la fricción y el desgaste. En esta sección revisaremos las funciones más importantes de los lubricantes, antes de entrar a considerar las propiedades que deben tener para trabajar eficientemente. Le pondremos particular atención a la viscosidad ya que ésta es casi siempre la propiedad más importante de un lubricante. Cuando usted haya estudiado la información clave de esta sección, usted deberá ser capaz de: Listar cuatro funciones importantes que cumplen los lubricantes. Listar los cuatro tipos de lubricantes básicos y resumir sus ventajas y desventajas. Definir el término viscosidad y explicar cómo el sistema SAE es usado para clasificar los aceites de acuerdo a su viscosidad. Establecer cual es el significado del término índice de viscosidad y explicar cómo las propiedades de los aceites con índices de viscosidad altas y bajas difieren entre si.

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Módulo Uno Resumir el significado de las siguientes propiedades de los lubricantes: Flujo a baja temperatura, estabilidad térmica y química, conductividad térmica y calor específico, corrosividad, demulsificación, emulsificación, inflamabilidad, compatibilidad y toxicidad.

Si estudia la información complementaria Usted estará en capacidad de: Dar ejemplos de funciones adicionales que los lubricantes utilizados en aplicaciones especiales tengan que cumplir. Comparar y contrastar las propiedades importantes de los tipos básicos de lubricantes. Explicar cómo se desarrolla el flujo viscoso en un líquido y establecer cómo la viscosidad puede ser definida en términos de tensión de corte y rata de corte. Resumir el procedimiento utilizado para determinar el índice de viscosidad de un aceite. Describir el efecto de la presión sobre la viscosidad de un líquido.

Introducción a los lubricantes y la lubricación FUNCIONES DE LOS LUBRICANTES

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Módulo Uno Protección contra la corrosión

Los lubricantes no solamente deben lubricar. En la mayoría de las aplicaciones deben refrigerar, proteger, mantener la limpieza y algunas veces llevar a cabo otras funciones.

La lubricación efectiva minimiza él desgaste mecánico, reduciendo el contacto entre las superficies móviles. Sin embargo, el desgaste químico o corrosión, puede tener lugar.

Lubricación

Obviamente, un lubricante no debe causar corrosión. Idealmente, debe proteger activamente las superficies que lubrica inhibiendo cualquier daño que pueda ser causado por el agua, ácidos u otros agentes dañinos que contaminen el sistema.

La principal función de un lubricante es simplemente hacer más fácil que una superficie se deslice sobre otra. Esto reduce la fricción, el desgaste y ahorra energía.

Refrigeración Cualquier material que reduzca la fricción actuará como un refrigerante, simplemente, porque reduce la cantidad de calor generada cuando dos superficies rozan una contra otra. Muchas máquinas bien lubricadas aún generan cantidades considerables de calor, sin embargo, este calor en exceso debe ser removido si se quiere que la máquina funcione eficientemente. Los lubricantes son frecuentemente usados para prevenir él sobrecalentamiento, transfiriendo calor de las áreas más calientes a las áreas más frías. Quizás el ejemplo más familiar de un lubricante empleado como refrigerante es él aceite utilizado en los motores de nuestros vehículos, pero esta función es vital en muchas otras aplicaciones. Los aceites para compresores, los aceites para turbinas, aceites para engranajes, aceites de corte y muchos otros lubricantes deben ser buenos refrigerantes.

Los lubricantes deben proteger contra la corrosión en dos formas diferentes. Deben cubrir la superficie y proveer una barrera física contra el ataque. Además, muchos lubricantes reaccionan con los químicos corrosivos para neutralizarlos.

Mantenimiento de la limpieza La eficiencia con la cual una máquina opera es reducida sí su mecanismo sé contamina con polvo y arena o los productos del desgaste y la corrosión. Estas partículas sólidas pueden incrementar el desgaste, promover más corrosión y puden bloquear las tuberías de alimentación y los filtros. Los lubricantes ayudan a mantener las máquinas limpias y operando eficientemente, lavando los contaminantes de los mecanismos lubricados. Algunos lubricantes, como los de motor, contienen además aditivos que suspenden las partículas y dispersan los contaminantes solubles en el aceite. Esto detiene la acumulación y depósito sobre las superficies de trabajo lubricadas.

Introducción a los lubricantes y la lubricación Otras funciones de los lubricantes os lubricantes utilizados para aplicaciones par ticulares pueden requerir otras funciones además de las descritas anteriormente. Por ejemplo:

L

Sellado El aceite utilizado en motores de combustión interna debe preveer un sellado efectivo entre los anillos del pistón y las paredes del cilindro. El sellado es también importante en la lubricación de bombas y compresores.

Transmisión de Potencia Los aceites hidráulicos son usados para la transmisión y control de la potencia al igual que la lubricación de trabajo del sistema hidráulico.

Aislamiento Los aceites de aislamiento son utilizados en los transformadores eléctricos e interruptores de potencia.

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Introducción a los lubricantes y la lubricación TIPOS DE LUBRICANTES Hay básicamente cuatro tipos de materiales disponibles para llevar a cabo, en mayor o menor grado, las funciones de un lubricante.

Líquidos Muchos líquidos diferentes pueden ser utilizados como lubricantes, pero los más ampliamente utilizados son los basados en aceites minerales derivados del petróleo crudo. Su fabricación y composición será vista con más detalle en la próxima sección de este módulo. Otros aceites utilizados como lubricantes incluyen los aceites naturales (aceites animales o vegetales) y los aceites sintéticos. Los aceites naturales pueden ser excelentes lubricantes, pero tienden a degradarse más rápido en uso que los aceites minerales. En el pasado, fueron poco utilizados para aplicaciones de ingeniería por sí solos, aunque algunas veces fueron usados en combinaciones con los aceites minerales. Recientemente, ha habido un interés creciente sobre las posibles aplicaciones de los aceites vegetales como lubricantes. Estos aceites son biodegradables y menos nocivos al medio ambiente que los aceites minerales. Los aceites sintéticos son fabricados mediante procesos químicos y tienden a ser costosos. Son especialmente usados cuando alguna propiedad en particular es esencial, tal como la resistencia a las temperaturas extremas requeridas por los aceites de motores de aviación.

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Módulo Uno A temperaturas normales de operación, los aceites fluyen libremente, de tal forma que pueden ser fácilmente alimentados hacia o desde las partes móviles de la máquina para proveer una lubricación efectiva y extraer él calor y las partículas de desgaste. Por otro lado, debido a que son líquidos, los lubricantes se pueden salir del sitio que necesita ser lubricado, y no formar el sellado contra el sucio y la humedad.

Grasas Una grasa es un lubricante semifluido generalmente elaborado de aceite mineral y un agente espesante (tradicionalmente jabón o arcilla), que permite retener el lubricante en los sitios donde se aplica. Las grasas protegen efectivamente a las superficies de la contaminación externa, sin embargo, debido a que no fluyen tan libremente como los aceites, son menos refrigerantes que éstos y más difíciles de aplicar a una máquina cuando está en operación.

Sólidos Los materiales utilizados como lubricantes sólidos son grafito, bisulfuro de molibdeno y politetrafluoroetileno (PTFE o Teflón). Estos compuestos son utilizados en menor escala que los aceites y grasas, pero son invaluables para aplicaciones especiales en condiciones donde los aceites y las grasas no pueden ser toleradas. Ellos pueden, por ejemplo, ser usados en condiciones extremas de temperatura y de ambientes de reactivos químicos. Las patas telescópicas del Módulo Lunar del Apolo fueron lubricadas con bisulfuro de molibdeno.

Introducción a los lubricantes y la lubricación Gases El aire y otros gases pueden ser empleados como lubricantes, pero son generalmente usados para propósitos especiales. Los cojinetes lubricados con aire pueden operar a altas velocidades, pero deben tener bajas cargas. Tales cojinetes se utilizan en las fresas de los dentistas.

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UNA COMPARACION DE LOS TIPOS BASICOS DE LUBRICANTES

A

te

lgunas características importantes de los tipos básicos de lubricantes son comparadas en la siguientabla.

Aceites

Grasas

Sólidos

Gases

Lubricación Hidrodinámica

****

*

Lubricación Límite

** ****

** *

Habilidad para permanecer en el cojinete

*** *

* ***

* ****

*** *

Habilidad para proteger contra la contaminación

*

***

**

*

***

**

**

**

**

****

Refrigeración Facilidad de alimentación

Protección contra la corrosión Rango de temperatura de operación

Código: Código: Excelente * * * *

Muy Bueno

***

Bueno

**

*** ***

Regular *

Inaplicable

**

***

Introducción a los lubricantes y la lubricación PROPIEDADES IMPORTANTES DE LOS LUBRICANTES Muchos factores deben ser tenidos en cuenta cuando se escoge un aceite. El más importante de todos es la viscosidad. Viscosidad

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Módulo Uno aceites monógrados. Un aceite que cumpla con los requerimientos de dos grados simultáneamente, es conocido como un aceite multígrado. Por ejemplo, un aceite SAE 20W20 tiene una viscosidad a 100°C que lo califica para el rango 20W. Grueso

La definición más simple de viscosidad es la resistencia a fluir. Bajo las mismas condiciones de temperatura y presión un líquido con una viscosidad baja, como él agua, fluirá más rápidamente que líquido con alta viscosidad como una jalea. La viscosidad de los aceites para motores de combustión interna, están clasificadas de acuerdo al sistema SAE diseñado por la Sociedad Americana de Ingenieros Automotrices. Para los aceites de motor sé han especificado diez grados, cada uno correspondiente a un rango de viscosidad. Cuatro de los grados están basados en las medidas de viscosidad a 100°C. Estas son en su orden de incremento de la viscosidad, SAE 20, SAE 30, SAE 40 y SAE 50. Los otros grados están basados en la medida de la máxima viscosidad a bajas temperaturas. Estos grados son: SAE 0W (medida a -30°C), SAE 5W (medida a -25°C), SAE 10W (medida a -20°C). El sufijo "W" indica que un aceite es adecuado para uso en invierno. Los aceites que pueden ser clasificados en solo uno de los anteriores grados, son conocidos como

Viscosidad

SAE 0W

SAE 25W SAE 5W SAE 15W SAE 20W SAE 10W

Grados de viscosidad de alta temperatura ( viscosidad máxima y mínima especificadas )

Grados de viscosidad de baja temperatura ( solamente especificada máxima viscosidad )

SAE 50 SAE 40 SAE 30 SAE 20

Delgado Temp ( oC )

- 30

- 25

- 20

- 15

- 10

-5

100

Aceite de motor en grados de viscosidad (Sistema SAE J300)

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EL SISTEMA DE VISCOSIDADES GRADOS SAE os grados SAE al igual que definen los grados de viscosidad, también definen la temperatura límite de bombeabilidad (BPT) para los grados "W" del aceite. La temperatura límite de bombeabilidad está definida como la temperatura más baja a la cual un aceite para motor puede ser continua y adecuadamente suministrado a la bomba de aceite del motor.

L

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Introducción a los lubricantes y la lubricación Un sistema similar al usado para los aceites de motor es utilizado para clasificar los aceites de engranajes automotrices. En este sistema, los grados SAE 90, SAE 140 y SAE 250 están basados en las medidas de viscosidad a 100°C y los grados SAE 75W, 80W y 85W son medidas a -49°C, -26°C y -12°C respectivamente. El sistema de clasificación de estos aceites para engranajes es independiente del usado para aceites de motor, lo cual hace difícil comparar sus viscosidades. Por ejemplo, un aceite para motor SAE 50 puede realmente ser un poco más viscoso que un aceite para engranajes SAE 80W.

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Módulo Uno viscosidades. En el sistema ISO se definen 18 grados, cada uno cubre un pequeño rango de viscosidad y está especificado por el término ISO VG seguido por un número, el cual es una medida de su viscosidad a 40°C. Esta viscosidad a cualquier grado es mayor que su grado inmediatamente anterior. Es importante anotar que, cualquiera que sea el sistema de grados usado SAE, BSI o ISO, el número sé relaciona solamente con la viscosidad del aceite. Esto no revela nada respecto a sus otras propiedades o sobre la calidad o desempeño del aceite.

Se utilizan sistemas alternativos para clasificar los lubricantes industriales de acuerdo con sus

Grados de viscosidad para automotores (Sistema SAE J300) SAE 75W

SAE 80W

Grados de viscosidad de lubricantes industriales ( Sistemas ISO )

SAE 85W

Viscosidad

Grueso

Grados de viscosidad de baja temperatura ( solamente especificada máxima viscosidad )

Grados de viscosidad de alta temperatura SAE 250 SAE 140 SAE 90

Delgado Temp ( oC )

- 55

- 40

- 26

- 12

-0

100

2 3 5 7 10 15 22 32 46 68 100 150 220 320 460 680 1000 1500

Delgado

Grueso

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LA VISCOSIDAD a viscosidad puede ser definida en términos de un modelo simple, en el cual una película fina de líquido es colocada entre dos superficies planas paralelas. Las moléculas del líquido son consideradas como esferas que pueden rodar en capas entre las superficies a lo largo de ellas. La viscosidad del líquido es esencialmente una medida de la fricción entre dos moléculas mientras se mueven unas sobre las otras. Depende de las fuerzas entre las moléculas y por lo tanto están influenciadas por su estructura molecular.

L

Suponga que la superficie inferior se mantiene estacionaria, y la superior es movida a lo largo a una velocidad constante. Las moléculas cerca a la superficie en movimiento tenderán a adherirse y a moverse con ella, las capas interiores se moverán igualmente pero más despacio, y las del fondo no se moverán. Este movimiento ordenado de las moléculas es definido como flujo viscoso y la diferencia en la velocidad de cada capa es conocida como la rata de corte. La viscosidad es definida como la tensión de corte (que es la fuerza causante del movimiento de las capas) dividida por la rata de corte. Esta definición de viscosidad es la viscosidad absoluta o dinámica, y es usada por los ingenieros en cálculos de diseño de cojinetes. Es medida con una unidad conocida como centipoise (cP).

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Módulo Uno Los fabricantes de lubricantes y los usuarios normalmente encuentran más conveniente utilizar la definición alternativa, la viscosidad cinemática. Esta es la viscosidad dinámica dividida por la densidad del lubricante y está medida en unidades conocidas como centistokes (cSt). El agua a temperatura ambiente tiene una viscosidad cinemática cercana a 1 cSt y la viscosidad de la mayoría de los aceites lubricantes a su temperatura de operación oscila en el rango de 10 - 1000 cSt. Definición Superficiedeenviscosidad movimiento a velocidad “ V”

área “ A”

Superficie estacionaria Fuerza “ F ” Espesor de película

viscosidad

h

Película de aceite

Velocidad del aceite = v Velocidad del aceite = 1/2v Velocidad del aceite = 0

Esfuerzo cortante Rata de cizallamiento Fuerza aplicada por unidad de área Velocidad del aceite espesor de película F/A V/h

Introducción a los lubricantes y la lubricación La selección de un lubricante adecuado requiere no solo conocer su viscosidad, sino también, entender la forma como ésta cambia con la temperatura. La viscosidad de cualquier líquido disminuye a medida que la temperatura aumenta, por lo tanto, un aceite con una viscosidad apropiada a temperatura ambiente, puede ser muy delgado a la temperatura de operación, un aceite con viscosidad adecuada a la temperatura de operación puede llegar a ser tan viscoso a bajas temperaturas que impide el arranque en frío del mecanismo lubricado. El índice de viscosidad de un lubricante describe el efecto de la temperatura en su viscosidad. Los aceites con una viscosidad muy sensible a los cambios de la temperatura se dice que tienen un bajo índice de viscosidad, los aceites de alto índice de viscosidad son menos afectados por los cambios de temperatura. El índice de viscosidad de un aceite está determinado por su viscosidad a 40°C y 100°C. El rango normal de índice de viscosidad para aceites minerales es de 0 a 100. Aceites con índice de viscosidad mayor de 85, son llamados aceites de alto índice de viscosidad (HVI). Aquellos con índices menores a 30 son conocidos como aceites de bajo índice de viscosidad (LVI), los situados en el rango intermedio son conocidos como aceites de mediano índice de viscosidad (MVI).

Módulo Uno Grueso

Viscosidad

Indice de Viscosidad

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ACEITE HVI ACEITE MVI ACEITE LVI

Delgado Temperatura

40 oC

100 oC

Variación de la viscosidad con la temperatura

Como veremos en la siguiente sección, es posible incrementar el índice de viscosidad de un aceite mineral adicionando un mejorador del índice de viscosidad. Esto, unido a las más modernas técnicas de refinación, permite la producción de aceites de motor multígrados con índices de viscosidad de 130 o más.

LA VISCOSIDAD medida que un líquido se calienta las fuerzas entre sus moléculas se debilitan y éstas son capaces de moverse más libremente. La fricción entre ellas y la viscosidad del líquido disminuyen a medida que la temperatura se incrementa. Generalmente, para la mayoría de los líquidos comunes, entre más grandes sean las moléculas, mayor será afectada su viscosidad por los cambios de temperatura.

A

Cuando se grafica viscosidad contra temperatura, se obtiene una curva suave, pero la forma precisa de la curva depende del líquido en particular. Debido a esto, muchas medidas de viscosidad y temperatura son necesarias antes de ser posible predecir exactamente la viscosidad a una temperatura dada. Sin embargo, se ha demostrado que para una escala diferente en los ejes de la gráfica, es posible producir una línea recta relacionando los datos de viscosidad y temperatura para la mayoría de los líquidos (las escalas escogidas son la logarítmica de la temperatura y el logaritmo de la viscosidad). Utilizando tales gráficas, es posible predecir la viscosidad de un líquido a cualquier temperatura, si se conocen las viscosidades a dos temperaturas. El sistema del índice de viscosidad depende de esta relación. El índice de viscosidad de un aceite desconocido es asignado comparando sus características de viscosidad/temperatura con aceites estándar de

Módulo Uno referencia. Los estándares usados fueron escogidos hace años y en ese tiempo fueron aceites que mostraron los mayores y menores cambios en la viscosidad con la temperatura. Sus índices de viscosidad fueron valores arbitrariamente asignados de 0 a 100 respectivamente, y se asumió que cualquier otro aceite tendría un índice de viscosidad entre estos límites. 180 160 140 Viscosidad cinemática cSt

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120 100 80 60 40 20 0

50 Temperatura en °C

100

La variación de la viscosidad con la temperatura para un aceite lubricante típico graficado en escala lineal. 500,000

SAE 40 SAE 30 SAE 20 SAE 10 W SAE 5 W

10,000 1000

Viscosidad cinemática cSt Centistokes

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100 50 20 10

SAE 40 10 W / 40 Multígrado

2

50 100 Temperatura en °C

200

La variación de la viscosidad con la temperatura para diferentes

Introducción a los lubricantes y la lubricación Viscosidad cinemática cSt

VI 0 VI 25 VI 75 VI 100

Pendiente viscosidad/ temperatura de aceite de referencia con índice de viscosidad 0 Pendiente viscosidad/ temperatura de aceite de referencia con índice de viscosidad desconocido e igual a 100°C que los aceites de referencia.

Pendiente viscosidad/ temperatura de aceite de referencia con índice de viscosidad 100

50

Temperatura en °C

100

Determinación del índice de viscosidad por comparación con aceites de referencia.

En la práctica, el sistemadel índice de viscosidad tiene varias limitaciones particularmente para aceites con alto índice de viscosidad. Su uso principal, simplemente es dar una indicación de la forma como la viscosidad cambia con la temperatura. Viscosidad y Presión La viscosidad de un líquido depende de la presión al igual que de la temperatura. Un incremento en la presión comprime las moléculas de un líquido, incrementando la fricción entre ellas, por lo tanto aumenta la viscosidad. Para muchas aplicaciones, este efecto no es significativo, pero cuando los lubricantes están sujetos a presiones muy altas (200 bar o más) como por ejemplo en las interfaces de un engranaje o de un cojinete, la viscosidad del lubricante puede ser afectada. Adicional a la viscosidad, otras propiedades deben ser consideradas para asegurar que un lubricante continúa lubricando, refrigerando, protegiendo contra la corrosión, manteniendo la limpieza y

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Módulo Uno llevando acabo cualquier otra función requerida con seguridad y por el máximo período de tiempo para una aplicación dada.

Flujo a baja temperatura Cuando las máquinas están operando en condiciones frías es importante que los aceites usados para lubricarlas retengan la habilidad para fluir a bajas temperaturas. La temperatura más baja a la cual un aceite fluirá, es conocida como su punto de fluidez. En la práctica, los lubricantes deben tener un punto de fluidez de menos 10°C por debajo de la temperatura a la cual se espera trabajar.

Estabilidad térmica Si un aceite se calienta en su uso, es importante que no se descomponga hasta el extremo de no poder lubricar adecuadamente, o que productos inflamables o peligrosos sean liberados.

Estabilidad química Los lubricantes pueden entrar en contacto con una variedad de sustancias, por lo tanto deben ser capaces de soportar el ataque químico de éstas o de lo contrario serán inadecuados para su uso. La oxidación, por reacción con el oxígeno del aire, es la causa más importante del deterioro de los aceites minerales. Esto genera productos de tipo ácido que pueden corroer las superficies y formar depósitos de gomas sobre partes que operan a altas temperaturas. La oxidación también produce lodos que alteran el flujo del aceite.

Introducción a los lubricantes y la lubricación Propiedades de transferencia de calor Los lubricantes que son buenos conductores de calor deben ser usados donde sea necesario extraer calor de un cojinete. La habilidad de un material para conducir calor es su conductivilidad térmica. Usualmente, los aceites con baja viscosidad son mejores conductores de calor que los aceites de mayor viscosidad. Un sistema donde la refrigeración depende de la circulación del aceite, el calor específico del aceite es una propiedad importante. Esta determina la cantidad de calor que el aceite puede extraer.

Formación de depósitos en los pistones - un resultado de la oxidación de películas delgadas de aceite a altas temperaturas.

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Introducción a los lubricantes y la lubricación Corrosividad Un lubricante no debe corroer la superficie metálica con al cual entra en contacto. Muchos aceites minerales tienen pequeñas cantidades de ácidos débiles, los cuales usualmente no son nocivos. Sin embargo, como se mencionó en la página 22, los aceites minerales que están en contacto con el aire a altas temperaturas son oxidados produciendo compuestos ácidos. El aceite entonces puede volverse corrosivo a los metales. La acidez o basicidad de un lubricante puede ser expresada en términos de la cantidad del álcali o ácido necesario para neutralizarlo. La evaluación de este número de neutralización da una indicación del deterioro de un aceite en servicio.

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Módulo Uno Cualquier agua contaminante debe separarse rápidamente del lubricante para que pueda ser drenada y el aceite continúe funcionando eficientemente.

Un cojinete corroído posee ácidos formados en la oxidación del aceite Gotas de agua

Demulsificación (separabilidad del agua) Cuando se adiciona agua al aceite, normalmente se forma una capa separada debido a que es insoluble. En algunos casos, sin embargo, es posible dispersar agua en aceite o aceite en agua, en forma de pequeñas goticas. Estas mezclas son conocidas como emulsiones. En la mayoría de las aplicaciones industriales la formación de emulsiones debe ser evitada. Las emulsiones tienen un efecto dañino sobre la habilidad del aceite a lubricar y pueden promover la corrosión de las superficies lubricadas. En turbinas, compresores, sistemas hidráulicos y otras aplicaciones donde los lubricantes pueden contaminarse con agua, es importante que éstos tengan buenas propiedades demulsificantes.

Emulsión de agua en aceite

Emulsificación Aunque la emulsificación es usualmente indeseable, algunos lubricantes son formulados deliberadamente como emulsiones. Por ejemplo, en el corte de metales, emulsiones de aceite en agua son usadas debido a que ellas pueden proveer enfriamiento efectivo y buena lubricación a la herramienta de corte. Las emulsiones de agua en aceite son utilizadas como tipo de fluidos hidráulicos resistentes al fuego.

Introducción a los lubricantes y la lubricación Inflamabilidad No debe haber ningún riesgo de que el aceite se incendie a las condiciones en que está siendo usado. Una indicación a la resistencia al fuego de un aceite puede ser obtenida determinando su punto de chispa. Este es la temperatura más baja a la cual los vapores sobre el líquido pueden ser encendidos por una llama abierta. Vale la pena anotar que el riesgo de fuego en el punto de chispa es muy pequeño. No solo el aceite debe ser calentado a esa temperatura, sino que la llama debe estar muy cerca para que se queme el aceite. Los aceites minerales livianos usualmente tienen puntos de chispa por encima de 120°C.

Compatibilidad Un lubricante no puede tener ningún efecto indeseable sobre los demás componentes del sistema. Por ejemplo, debe ser compatible con cualquier sello usado para confinar el lubricante, con mangueras utilizadas para transferir el lubricante de un campo neutro y con cualquier pintura, plástico o adhesivo con el cual pueda entrar en contacto.

Toxicidad Los lubricantes no deben obviamente causar daño alguno a la salud. Los lubricantes más comúnmente usados están basados en aceites minerales altamente refinados los cuales son materiales relativamente poco nocivos, especialmente si se tiene contacto con ellos por poco tiempo. Sin embargo, éstos contienen aditivos que presentan algún tipo

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Módulo Uno de peligro específico a la salud y de seguridad. En aceites industriales, los aditivos están presentes solamente en pequeñas cantidades, de tal forma que el peligro es muy reducido. Cualquier riesgo potencial es minimizado con precauciones de sentido común, tales como, no dejar que la piel entre en contacto con los lubricantes respectivamente y por largos periodos de tiempo, y prevenir la inhalación o la ingestión accidental. En aquellas aplicaciones donde un lubricante conteniendo aditivos peligrosos, es esencial, que los fabricantes provean información clara de los riesgos involucrados y especificar si se requiere de precauciones adicionales de seguridad. Esta información se debe dar a conocer a los usuarios mediante hojas de información sobre seguridad de los productos y avisos de advertencia sobre los empaques.

Introducción a los lubricantes y la lubricación RESUMEN DE LA SECCION DOS De los lubricantes se espera que lleven a cabo muchas funciones. Entre las más importantes están, reducir la fricción y el desgaste, proteger y mantener la limpieza de las superficies lubricadas. La mayoría de los lubricantes están basados en aceites minerales pero otros líquidos, sólidos y gases pueden ser usados como lubricantes. La propiedad más importante de un lubricante líquido es su viscosidad o resistencia a fluir. Los aceites para motores de combustión interna están clasificados, por el sistema SAE, en diez grados de viscosidad, cada grado cubre un rango de viscosidades a temperatura específica. Los aceites multígrados satisfacen los requerimientos de más de un grado. Los aceites para engranajes automotrices están clasificados en grados de acuerdo a su viscosidad por el sistema SAE similar. Los grados definidos son diferentes e independientes a los grados especificados para aceites de motor. Las viscosidades de los aceites industriales pueden ser clasificadas de acuerdo al sistema supervisado por la ISO. La viscosidad de un líquido disminuye con la temperatura y la dimensión del cambio está descrita por el índice de viscosidad.

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Módulo Uno El índice de viscosidad se determina de las medidas de viscosidad a 40°C y 100°C y está normalmente entre el rango 0 a 100. Las viscosidades de los aceites con bajo índice de viscosidad cambian más con la temperatura que las viscosidades de aceites con altos índices de viscosidad. Además de la viscosidad y el índice de viscosidad, otras propiedades de los aceites que influencian su habilidad para llevar a cabo otras funciones incluyen: punto de fluidez, estabilidad térmica y química, habilidad para proteger contra la corrosión, emulsificación, demulsificación, inflamabilidad, compatibilidad, toxicidad.

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Sección Tres QUE HAY EN UN LUBRICANTE? La mayoría de los lubricantes están basados en aceites minerales e incluyen algunos aditivos para mejorar o modificar su desempeño. Esta sección empieza revisando las razones que hacen de los aceites minerales buenos lubricantes. Luego miraremos la composición química de los lubricantes y como influyen en sus propiedades. Finalmente, se describen los más importantes aditivos usados en lubricantes. Cuando usted haya estudiado la información clave de esta sección será capaz de: Listar las tres razones más importantes por las que los aceites minerales son los más ampliamente usados como lubricantes y nombrar al menos cinco ventajas que poseen. Especificar los tipos de compuestos más importantes encontrados en los aceites minerales. Indicar como la composición de un aceite mineral influye en sus propiedades y estabilidad. Nombrar los aditivos más importantes, explicar cuando y porqué son necesarios y describir sus principales funciones.

Si estudia la información complementaria Usted será capaz de: Especificar las etapas más importantes en la fabricación de un lubricante de base aceite y resumir el propósito de cada etapa. Explicar no solo que hacen los aditivos sino cómo lo hacen.

Introducción a los lubricantes y la lubricación ACEITES BASES Y ADITIVOS La gran mayoría de los lubricantes son fabricados con aceites minerales, estos son aceites obtenidos del petróleo crudo. Originalmente, los aceites lubricantes minerales eran simplemente aquellas fracciones de viscosidad adecuada obtenidas durante la destilación del petróleo. Hoy en día, la fabricación de lubricantes es un proceso mucho más complicado. El proceso involucra típicamente varías etapas de refinación y mezcla para la producción de aceites bases de propiedades adecuadas. Los aceites bases por sí mismos no son capaces de llevar acabo todas las funciones requeridas para un lubricante. Por lo tanto, se le deben agregar aditivos al aceite base para lograr el lubricante final. Los aditivos deben mejorar las propiedades del lubricante o impartirle completamente unas nuevas características.

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Módulo Uno Porqué utilizar aceites minerales? Los aceites minerales son ampliamente usados como lubricantes debido a que poseen tres propiedades crucialmente importantes: Tienen características de viscosidad adecuadas. Son refrigerantes efectivos debido a su alta conducción del calor y tienen alto calor específico. Tienen la habilidad de proteger contra la corrosión. Además, los aceites minerales: Son relativamente de bajo costo y satisfactorios. Son comparativamente estables al calor y a la descomposición térmica. Son compatibles con la mayoría de los componentes usados en los sistemas de lubricación. Son virtualmente poco peligrosos. Pueden ser mezclados con otros aceites y una gran variedad de aditivos para extender o modificar sus propiedades y pueden ser fabricados para producir las características físicas requeridas.

Introducción a los lubricantes y la lubricación ACEITES BASES Los aceites bases lubricantes son producidos a partir de la refinación del petróleo crudo y la mezcla con productos refinados. Los aceites crudos son mezclas complejas de compuestos químicos. Sus composiciones varían considerablemente dependiendo de sus orígenes. Como usted espera, las propiedades de aceites bases producidas de diferentes crudos varían también considerablemente. Combinando aceites bases en varias proporciones, es posible producir un gran número de mezclas con una gran variedad de viscosidades y propiedades químicas. Como las propiedades de un aceite base son principalmente una consecuencia de su composición química, vale la pena mirar un poco más de cerca los componentes de un aceite mineral. Todos los aceites minerales consisten principalmente de hidrocarburos, compuestos químicos formados por elementos de carbono e hidrógeno solamente. Hay tres tipos de básicos de hidrocarburos: Alcanos, cicloalcanos y aromáticos.

Alcanos Estos compuestos, anteriormente llamados parafinas, están conformados por cadenas rectas o ramificadas de átomos de carbono. Son muy estables al calor y a la oxidación. Tienen alto índice de viscosidad, pero relativamente malas propiedades de flujo a bajas temperaturas.

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Módulo Uno Hidrocarburos: moléculas formadas de carbono e hidrógeno

Alcanos

Cicloalcanos

Aromáticos

Cicloalcanos (nafténicos) Los tipos de hidrocarburos más frecuentemente encontrados en los aceites lubricantes, son los cicloalcanos (anteriormente llamados nafténicos), tienen moléculas en las cuales algunos de sus átomos de carbono están configurados en anillos. Estos compuestos son menos estables que los alcanos y sus viscosidades son más sensibles a los cambios de temperatura. Sin embargo, tienen muy buenas propiedades de flujo a bajas temperaturas. Son igualmente buenos solventes y buenos lubricantes de capa límite, esto es, que son capaces de lubricar superficies que están en contacto bajo cargas pesadas.

Introducción a los lubricantes y la lubricación Aromáticos Como los cicloalcanos, los aromáticos contienen anillos de átomos de carbono. Sin embargo, tienen una baja proporción de hidrógeno. Los aromáticos son buenos solventes y buenos lubricantes de capa límite, pero tienen pobres características de viscosidad y son más fácilmente oxidados para crear ácidos y lodos. Además de su contenido de hidrocarburos, los aceites minerales pueden tener pequeñas cantidades de compuestos tales como oxígeno, nitrógeno y azufre. Muchos de estos compuestos no son estables al calor y a la oxidación y pueden promover la formación de lacas, barniz y otros depósitos.

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Introducción a los lubricantes y la lubricación LA FABRICACION DE ACEITES LUBRICANTES a fabricación de aceites lubricantes es un com plejo proceso multi-etapas. Algunos de los pasos importantes los resaltamos aquí.

L

El primer paso de la mayoría de los procesos de refinación es la destilación atmosférica en la cual el petróleo crudo es calentado en una caldera a 400°C. Una mezcla de gases y líquidos es producida, la cual pasa a una torre de fraccionamiento o condensadora. Algunos gases pasan sin condensar, pero los restantes se condensan en la columna, líquidos de diferentes puntos de ebullición son recolectados a diferentes alturas, de donde pueden ser extraídos. Estos son los materiales iniciales para la fabricación de una variedad de combustibles. El residuo líquido de la primera destilación, el cual se recupera en el fondo de la columna, es material bruto para la fabricación de aceites lubricantes. Este, es sometido a una segunda destilación, otra vez bajo presión reducida (destilación al vacío), y separado en otras fracciones. La fracción más volátil es usada como combustible, el residuo es usado para la producción de aceites pesados y productos asfálticos, mientras que las fracciones intermedias proveen el aceite base para la fabricación de aceites lubricantes. Hasta cuatro fracciones de aceites bases lubricantes son producidas y cada una sufre un tratamiento posterior.

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Módulo Uno La fracción menos volátil, llamada aceite residual, contiene grandes cantidades de compuestos que poseen oxígeno, nitrógeno y azufre. Estos, llamados asfaltenos, son removidos mediante un proceso de desasfaltación. El propano es mezclado con el aceite y disuelve la mayoría, pero no todos los asfaltenos, los cuales pueden ser separados posteriormente. El aceite residual y otras fracciones son luego tratadas mediante extracción con solventes. En esta operación el aceite base es mezclado con solvente que disuelve la mayoría de los aromáticos y algunos son compuestos indeseables. Los alcanos y cicloalcanos no son disueltos y pueden ser separados. El producto en esta etapa es algunas veces llamado refinado. El aceite resultante tiene un índice de viscosidad mayor y mejor estabilidad a la oxidación que el aceite original.

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Módulo Uno La producción de un aceite base satisfactorio es generalmente una cuestión de compromiso. Por ejemplo, donde se requiere un aceite de alto índice de viscosidad, una mezcla que contenga alta proporción de alcanos puede parecer la mejor selección. Esto sin embargo, hará que probablemente tenga pobres características para el flujo a bajas temperaturas y por lo tanto será inadecuado para utilizarlo en estas condiciones de operación. Por otro lado, una mezcla que contenga una alta proporción de cicloalcanos y fluya en frío, tendrá bajo índice de viscosidad. Donde sea importante alto índice de viscosidad y flujo a baja temperatura, será necesario balancear el contenido de alcanos y cicloalcanos, cuidadosamente y producir una mezcla que provea la solución óptima a los requerimientos críticos. Un compromiso similar tiene que ser hecho sobre el contenido de aromáticos del aceite base. Incrementando la proporción de aromáticos, se mejora la solvencia y las propiedades de lubricación de capa límite. Sin embargo, un alto contenido de aromáticos disminuye el índice de viscosidad y reduce más significativamente la estabilidad a la oxidación. Nuevamente, los métodos de refinación y mezcla serán escogidos para dar las óptimas cualidades para la aplicación en particular.

Introducción a los lubricantes y la lubricación LA FABRICACION DE ACEITES LUBRICANTES (continuación) paso es el desparafinado en el cual E lelsiguiente alto punto de fusión de los alcanos es re-

movido y las propiedades de flujo a baja temperatura son mejoradas. En la técnica convencional de desarrollo con solventes, el aceite base es mezclado con un solvente adecuado y enfriado. La parafina se solidifica y es separada y el aceite es filtrado. La técnica de desparafinado catalítico, el cual logra el mismo objetivo pero de forma diferente, puede ser utilizado como alternativa. En este proceso la estructura molecular de los alcanos de alto punto se fusión es alterado por un tratamiento con hidrógeno en presencia de un catalizador. Para ciertos tipos de aceites bases, el contenido de aromáticos y asfaltenos necesita ser reducido aún más. Esta limpieza es usualmente realizada mediante la hidrogenación, en el cual el aceite es tratado bajo presión con hidrógeno en presencia de un catalizador. El aceite base refinado está ya listo para mezclarse con otros aceites bases y reforzarse con aditivos para la producción de lubricantes terminados.

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Introducción a los lubricantes y la lubricación ADITIVOS Las maquinarias modernas tienen alta demanda de lubricantes. Con el objeto de cumplir con estas demandas la mayoría de los lubricantes industriales contienen aditivos bases o confieren propiedades adicionales. Hay muchos tipos de aditivos, algunos de los cuales pueden cumplir varias funciones. La combinación de aditivos en un lubricante depende del uso que se vaya a dar al mismo. Es conveniente dividir los aditivos en tres categorías: Aditivos que modifican el desempeño del lubricante. Aquí se incluyen los mejoradores de índice de viscosidad y los depresores del punto de fluidez. Aditivos que protegen el lubricante. Comprenden los agentes antioxidantes y antiespumantes. Aditivos que protegen la superficie lubricada. A este grupo pertenecen los inhibidores de corrosión, los inhibidores de herrumbre, los detergentes, dispersantes y aditivos antidesgaste.

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Aditivos que modifican el desempeño de un lubricante

200 Viscosidad cinemática cSt

Mejoradores de índice de viscosidad son agregados a los aceites bases para reducir los cambios de viscosidad con la temperatura. Son útiles donde un lubricante tiene que desempeñarse satisfactoriamente sobre un rango de temperaturas. Por ejemplo, los aceites de motor utilizados en climas fríos, deben ser lo suficientemente "delgados" para permitir que la máquina arranque fácilmente y lo suficientemente "gruesos" para lubricar eficientemente a las altas temperaturas generadas durante el trabajo del motor.

1000

Aceite mineral con mejorador de índice de viscosidad

50

10 Aceite mineral puro 3

La mayoría de los aceites multígrados son tratados con mejoradores de índice de viscosidad y son capaces de desempeñarse mejor en una mayor variedad de temperaturas que los aceites sin tratar. Depresores del punto de fluidez son utilizados para minimizar la tendencia del aceite mineral a congelarse o solidificarse cuando se enfría. Son aditivos necesarios para la mayoría de aceites operando a bajas condiciones de temperatura.

0

o

C

100

Temperaturas Bajo

oC

o

220

C

Según Grado

SAE W

Variación de la viscosidad con la temperatura

o

C

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LOS ADITIVOS os mejoradores de índice de viscosidad son usualmente polímeros de largas cadenas tales como los polisobutilenos, polimetacrilatos y olefinas copolímeras. Todos estos incrementan la viscosidad de un aceite base. A bajas temperaturas las moléculas de polímeros tienden a enrollarse, pero a medida que la temperatura se incrementa se desenrollan. Este efecto tiende a restringir el movimiento de las moléculas de aceite, "espesando" el aceite y por tanto, actúa en contra de la disminución de la viscosidad del aceite base.

L

Algunos tipos de mejoradores de índice de viscosidad también tienen propiedades dispersantes. La viscosidad de un aceite que contiene mejorador del índice de viscosidad depende de la velocidad a la cual se hace fluir. Puede disminuir dramáticamente si el aceite es cortado rápidamente como por ejemplo, en un cojinete de alta velocidad. Este efecto debe ser tenido en cuenta cuando se planea usar aceite multígrado La disminución de la viscosidad con la rata de corte puede ser temporal o permanente. Una pérdida temporal de viscosidad se desarrolla cuando altas ratas de corte fuerzan a las moléculas grandes de polímero a alinearse en la dirección del flujo.

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Módulo Uno Más grave aún, una permanente pérdida de viscosidad puede ocurrir si la rata de corte es suficiente para romper las moléculas del polímero físicamente en pequeñas unidades. La oxidación del polímero puede también ocurrir y afectar adversamente su habilidad para adelgazar el aceite. Depresores de punto de fluidez, son usualmente polímeros de alto peso molecular compuestos, alquiloaromáticos de bajo peso molecular. con el objeto de entender como trabajan, es necesario apreciar que pasa con el punto de fluidez. Cuando un aceite mineral enfriado varias fracciones de parafina empiezan a cristalizarse. Los cristales de parafina forman cadenas de láminas y agujas, el cual atrapa el líquido remanente y dificulta el flujo. Los depresores del punto de fluidez se cree que actúan formando una película sobre los cristales de parafina. Esto no evita que se cristalicen pero si evita que se junten para formar una red tridimensional. Las propiedades para el flujo a baja temperatura son entonces mejoradas. Moléculas de Polímero

Incremento de la temperatura

Aceite asociado con Polímeros

Introducción a los lubricantes y la lubricación Aditivos que protegen el lubricante Antioxidantes mejoran la estabilidad a la oxidación del lubricante y son particularmente importantes en aceites que se calientan durante su operación. Son ampliamente usados; virtualmente todos los aceites que contienen aditivos contienen algún antioxidante. Cuando un aceite mineral es expuesto al oxígeno del aire, éste reacciona formando ácidos orgánicos, lacas adhesivas y lodos. Los ácidos pueden causar corrosión, las lacas pueden ocasionar que las partes móviles se adhieran una contra la otra, y los lodos espesan el aceite y pueden taponar orificios, tuberías, filtros y otros componentes del sistema de lubricación. Las reacciones de oxidación dependen de la cantidad de oxígeno que entra en contacto con el aceite. Eso tiene lugar más rápidamente a altas temperaturas y son también promovidas por la humedad y otros contaminantes presentes en al aceite tales como el polvo, partículas de metal, herrumbre y otros productos de la corrosión. Los antioxidantes bloquean las reacciones de oxidación y disminuyen el deterioro de un lubricante. Tienen una acción específica la cual continúa mientras esté presente en el aceite, aún en pequeñas concentraciones. Pero una vez haya terminado, el aceite empieza a oxidarse rápidamente. Por lo tanto es esencial que un aceite sea cambiado antes que sus propiedades antioxidantes se terminen.

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Módulo Uno Agentes antiespuma previenen la formación de espumas en el aceite, los lubricantes altamente refinados usualmente no forman espuma. Sin embargo, ésta no se puede desarrollar en presencia de ciertos contaminantes, especialmente en máquinas donde hay exceso de batido y agitación. La espuma incrementa la exposición de un aceite al aire y promueve la oxidación. También puede causar que se pierda aceite del sistema a través de los ductos de venteo y más seriamente reduce la eficiencia en lubricación ya que una película de espuma es un lubricante menos efectiva que una capa continua de aceite. La espuma en fluidos hidráulicos, incrementa la compresibilidad, reduciendo así su capacidad para transmitir potencia eficiente.

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LOS ADITIVOS ntioxidantes son de dos tipos; para entender como funcionan necesitamos conocer un poco acerca del mecanismo de las reacciones en las cuales los aceites son oxidados. En estas reacciones, la oxidación inicialmente conduce a la formación de compuestos conocidos como peróxidos orgánicos. Estos reaccionan con otras moléculas de hidrocarburos para oxidarlas y producir más peróxidos. Por lo tanto, la reacción en cadena continúa estrictamente; particularmente cuando hay metales presentes para actuar como catalizadores.

A

Aceite + Oxígeno

Aceite + Oxígeno en presencia de metales

Productos Orgánicos + Peróxidos Organicos La oxidación del aceite

Un tipo de antioxidante, los destructores de peróxido, reaccionan preferencialmente con los peróxidos orgánicos interrumpiendo así la reacción en cadena que se hubiera podido iniciar. Estos compuestos son generalmente fenoles o aminas. El segundo tipo de oxidantes, los desactivadores metálicos, reaccionan con las superficies y con las partículas de metal en el aceite para bloquear su efecto catalítico. Los desactivadores metálicos son usualmente compuestos orgánicos solubles que contienen azufre o fósforo. Los agentes antiespuma, son usualmente compuestos de silicona tales como el dimetil silicona. Ellos reducen la tensión interfacial del aceite de tal forma que las burbujas de aceite se rompen tan pronto como son formadas y por lo tanto no se tiene formación de espuma.

Peróxidos orgánicos

Destructores de peróxidos bloquean la reacción aquí

Aceite + Oxígeno Metales deactivadores bloquean la reacción aqui

Peróxidos orgánicos Aceite + Oxígeno en presemcia de metales

Productos Orgánicos + Peróxidos Organicos Reacción de anti-oxidantes

Introducción a los lubricantes y la lubricación Aditivos que protegen la superficie lubricada Los inhibidores de corrosión protegen las superficies del ataque químico ejercido por los ácidos (corrosión), que se encuentran como contaminantes en el lubricante y provienen principalmente de la oxidación del aceite y de los combustibles quemados en los motores de combustión interna. Los inhibidores de corrosión son usualmente componentes fuertemente básicos solubles en aceite, los cuales reaccionan con los ácidos neutralizándolos. Inhibidore de herrumbre son inhibidores de corrosión especialmente diseñados para inhibir la acción del agua en metales ferrosos. Son necesarios en aceites de turbinas y aceites hidráulicos ya que estos tipos de aceite se contaminan inevitablemente con agua. Detergentes son aplicados a los aceites de motor para cumplir las siguientes funciones: Reducir la formación de depósitos de carbón y lacas de altas temperaturas, evitar el pegamiento del anillo del pistón y proveer una reserva de basicidad para neutralizar los ácidos formados durante la combustión. También deben tener propiedades antioxidantes y antiherrumbre. Dispersantes son agregados a los aceites para mantener en suspensión cualquier contaminante, tales como, hollín y productos de degradación.

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Módulo Uno Por lo tanto inhiben la formulación de conglomerados de partículas que puedan bloquear los conductos y los filtros, además evitan que sean depositados sobre las superficies donde pueden inferir con la lubricación y la transferencia de calor. Agentes antidesgaste son necesarios cuando la lubricación hidrodinámica no puede ser mantenida y se presenta algún tipo de contacto metal-metal entre las superficies móviles. Es usual distinguir dos tipos de agentes antidesgaste: Aditivos antiabrasivos y aditivos de extrema presión. Los aditivos antiabrasivos son compuestos absorbidos por las superficies metálicas para formar una película protectora que previene el contacto directo metal-metal y reduce considerablemente la fricción y el desgaste. Los aditivos de extrema presión o EP son requeridos en situaciones de carga severa, cuando los aditivos antiabrasivos no son efectivos. Tales condiciones son frecuentemente encontradas en los dientes de los engranajes de acero-sobre-acero altamente cargados. Los aditivos EP son estables a las temperaturas que se generan, por ejemplo, cuando dos dientes se deslizan uno sobre el otro, se descomponen formando productos que reaccionan con el metal creando una película protectora de aceite.

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LOS ADITIVOS os inhibidores de herrumbre son común mente ácidos orgánicos que se adhieren fuertemente a las superficies metálicas protegiéndolas de los ataques.

L

Los aditivos detergentes consisten en moléculas de jabones orgánicos que rodean un corazón básico inorgánico. Las moléculas de jabón contribuyen a las propiedades de detergencia y antioxidantes de los aditivos, mientras que la basicidad contrarresta los productos ácidos de la combustión y controla el desarrollo de herrumbre en el motor. Los dispersantes son usualmente moléculas de cadenas largas las cuales tienen una "cabeza" hidrofílica (receptora de agua) y una cola hidrofóbica (repele el agua). Cola del Hidrocarburo

Moléculas de jabones

Base

Detergentes

Cabeza Iónica

La acción de los dispersantes

El extremo hidrofílico tiende a adherirse a las partículas sucias, dejando las colas hidrofóbicas extendidas hacia el aceite. Así se mantienen separadas las partículas contaminantes. Aditivos antiabrasivos, son químicos orgánicos de largas cadenas polares tales como alcoholes y ácidos grasos. Estos son absorbidos sobre las superficies metálicas para dar una capa delgada de moléculas en las cuales las cadenas de hidrocarburos están orientadas perpendicularmente a la superficie. Este arreglo provee una efectiva lubricación de capa límite cuando el espesor de la capa es reducido por una carga pesada. Aditivos de extrema presión son compuestos que contienen cloruros, azufre o fósforo. A temperaturas de 300°C o más (la cual se puede generar cuando un diente choca con otro), estos compuestos se deterioran y reaccionan para formar una película química.

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Formación de una capa orgánica sobre una superficie de hierro por adsorción de un compuesto antidesgaste

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Formación de una película química después de la reacción de un aditivo de EP con una superficie de hierro

Introducción a los lubricantes y la lubricación FORMULACION La mayoría de los lubricantes modernos consisten en una combinación de varios aceites bases y muchos aditivos. La mezcla o formulación de estos constituyentes para producir el mejor producto para una aplicación específica, puede ser una tarea complicada. Es casi siempre necesario comprometer los requerimientos críticos de desempeño, la compatibilidad y los costos. Ya hemos visto cómo la mezcla de los aceites bases involucran el balanceo de su contenido de alcanos y cicloalcanos con el flujo óptimo, la solvencia y propiedades lubricantes. Un balance similar es requerido cuando se mezclan aditivos. Cada aditivo debe ser compatible con los otros ingredientes de la formulación, de otra manera será inevitablemente no efectivo. La compatibilidad completa puede ser difícil de lograr. Además es obviamente importante desde el punto de vista comercial minimizar los costos del proceso de formulación y del producto final. Una vez una formulación ha sido desarrollada, es esencial, averiguar si trabajará bien y seguramente en la aplicación para la cual fue diseñada. Medidas de las propiedades físicas (tales como al viscosidad y el índice de viscosidad) y de las propiedades químicas (tales como acidez y la estabilidad térmica) pueden dar una guía sobre esto. Sin embargo, si el lubricante o la aplicación a la cual se dirige, es totalmente inusual, es necesario realizar una prueba de desempeño.

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Módulo Uno En una prueba de desempeño, se simulan las condiciones bajo las cuales el lubricante se espera que opere. La prueba puede usar el equipo de servicio bajo condiciones reales o mas probablemente, llevarse acabo en diseños especiales de laboratorio. Cualquiera que sea el método usado, la evaluación de los resultados deberá involucrar el desarme del equipo y examinar de cerca las piezas al igual que un análisis detallado de las condiciones del lubricante durante y después de la prueba. Algunas de las investigaciones que se han llevado acabo más comúnmente son descritas en la siguiente sección.

Formulación - algunas preguntas deben ser contestadas Desempeño Que tan bueno, es suficientemente bueno ? Es este producto para uso general ? Hay requerimientos especiales ? Que compromisos pueden ser hechos ? Compatibilidad Las propiedades de cualquier aditivo: Aumentan unas con otras ? Se anulan entre si ? Es la formación estable ? En uso ? En almacenaje ? Costos: Cuanto costará la formulación: En desarrollarla ? En probarla ? En hacerla ? Cuanto pagará el usuario: Por un producto adecuado ? Por un producto que excede especificaciones ?

Introducción a los lubricantes y la lubricación El desarrollo de una formulación de un lubricante típico puede requerir un número de pruebas diferentes, cualquiera de las cuales pude sugerir la necesidad de reformular el producto y llevar acabo más pruebas. Un proyecto de formulación completa puede tomar un año o más y los costos pueden subir de un cuarto de millón de libras esterlinas. No hay muchas compañías que tengan la habilidad y los recursos necesarios para llevar acabo este tipo de programas. Cada lubricante con marca "Internacional Shell" tiene una formulación que ha sido desarrollada y probada de esta forma. Nuestros clientes pueden estar seguros que nuestros productos harán el trabajo para el que fueron diseñados, eficiente, rentable y confiablemente.

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Introducción a los lubricantes y la lubricación RESUMEN DE LA SECCION TRES La mayoría de los aceites son hechos de aceites minerales e incluyen aditivos para modificar las propiedades de los aceite bases. Los aceites minerales son particularmente adecuados para usarlos como lubricantes por sus características de viscosidad, su habilidad para transferir calor eficientemente y su habilidad para proteger contra corrosión. Los aceites minerales también tienen la ventaja de ser económicos, fácilmente accequibles, compatibles con la mayoría de los materiales, virtualmente seguros, usualmente miscibles con otros aceites y aditivos y pueden ser fabricados para ser consistentes con estándares de calidad y desempeño. Los aceites minerales son derivados del petróleo crudo. Están fundamentalmente compuestos por hidrocarburos de los cuales hay tres tipos básicos: Alcanos, cicloalcanos y aromáticos. Los lubricantes con alto contenido de alcanos son muy estables al calor y la oxidación y tienen alto índice de viscosidad. Los lubricantes con alto contenido de cicloalcanos son menos estables y tienen un bajo índice de viscosidad pero tienen buenas propiedades de flujo a bajas temperaturas.

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Módulo Uno Los aceites y extractos con un alto contenido de aromáticos, son fácilmente oxidados y tienen pobres características de viscosidad Los aditivos son adicionados a los aceites lubricantes para modificar sus propiedades. Los aditivos que modifican el desempeño de los lubricantes incluyen mejoradores de índice de viscosidad y depresores del punto de fluidez. Los aditivos que protegen al lubricante de tal forma que pueden continuar desempeñando sus funciones incluyen los antioxidantes y los agentes antiespuma. Los aditivos que protegen la superficie lubricada incluyen los inhibidores de corrosión, los inhibidores de herrumbre, detergentes, dispersantes, aditivos antiabrasivos y aditivos de extrema presión. La formulación de un lubricante involucra consideraciones de desempeño, compatibilidad y costos. Pruebas de desempeño son esenciales para la evaluación de los nuevos lubricantes o lubricantes existentes en nuevas aplicaciones.

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Sección Cuatro EL LUBRICANTE ADECUADO PARA EL TRABAJO La sección final de este módulo estudia dos temas importantes. Primero examinaremos los principios involucrados en la escogencia de el lubricante adecuado para una aplicación en particular. Luego miramos las pruebas que deben realizarse para evaluar el desempeño de un lubricante y asegurar que continúa haciendo el trabajo esperado. Cuando usted haya estudiado la información clave de esta sección será capaz de: Enumerar las preguntas más importantes a ser resueltas cuando se selecciona un lubricante y explicar su significado. Resumir los pasos a seguir en la práctica cuando se recomienda un lubricante Shell, cuando se conoce dónde se va a utilizar, ó cuando es una alternativa a un producto existente. Mencionar ocho pruebas utilizadas para monitorear el desempeño de un lubricante y resumir su relevancia.

Si estudia la información complementaria usted será capaz de: Indicar los rangos de viscosidad de los aceites usados en aplicaciones típicas. Explicar como se selecciona en la práctica la viscosidad óptima y el grado de viscosidad de un aceite. Revisar las propiedades y la composición requerida de los lubricantes usados para cojinetes, engranajes, sistemas hidráulicos y motores de combustión interna. Describir los principios detrás de las pruebas usadas para monitorear un lubricante.

Introducción a los lubricantes y la lubricación LA SELECCION DE LOS LUBRICANTES Principios Varios factores deben ser tenidos en cuenta cuando se escoge un lubricante. Los más importantes son la aplicación específica, las condiciones de operación y los costos. Con estos factores en mente, el lubricante adecuado puede, en principio, ser escogido con la siguiente ayuda de la siguiente lista de chequeo: 1. Cuál es la viscosidad más adecuada a la temperatura de operación? Hasta donde concierne a la lubricación actual la propiedad más importante de un lubricante es la viscosidad (o, en el caso de una grasa, su consistencia). La mejor viscosidad para una aplicación en particular puede ser determinada mediante cálculos, pero la experiencia práctica algunas veces proporciona una guía útil. Muchos parámetros de diseño influyen en la escogencia final, pero el objetivo usual es seleccionar un lubricante con la mínima viscosidad capaz de soportar la carga aplicada, minimizando así el consumo de energía. Es importante recordar qué es la viscosidad a la temperatura de operación. Por ejemplo, suponga que la lubricación más eficiente de un cojinete simple requiere de un aceite con una viscosidad de 10 cSt. Si el cojinete va a trabajar a 100°C, el aceite debe tener una viscosidad de 10 cSt a 100°C. Si por otro lado, el cojinete va a trabajar a -30°C, el aceite debe

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Módulo Uno tener una viscosidad de 10 cSt a -30°C. Dos aceites muy diferentes son requeridos. Sus viscosidades a temperatura ambiente sería cerca de 300 cSt y 2 cSt respectivamente. 2. Cúal es el índice de viscosidad necesario? Es esencial seleccionar un aceite con adecuado índice de viscosidad. Aunque la viscosidad a la temperatura normal de trabajo es críticamente importante, el lubricante también debe ser capaz de hacer su trabajo sobre un rango de temperatura que oscile entre la temperatura fría inicial hasta la temperatura más caliente de operación. No debe ser tan espeso a bajas temperaturas que la máquina no pueda ser arrancada, ni tan delgado a alta temperatura que sea incapaz de proveer una película de lubricación adecuada. 3. Qué grado SAE ó ISO de viscosidad de aceite es requerida? Habiendo decidido sobre la viscosidad y el índice de viscosidad, se determina el grado de viscosidad del lubricante requerido. Esto implica, llevar a una temperatura estándar de referencia la viscosidad que se tiene a la temperatura de operación y se puede realizar usando las tablas y gráficas disponibles. El grado de viscosidad SAE o ISO puede ser entonces seleccionado. Algunas máquinas contienen diferentes componentes a lubricar, por ejemplo, las cajas de engranajes contienen engranajes y cojinetes.

Introducción a los lubricantes y la lubricación Algunos sistemas usan lubricantes para más de una función, por ejemplo, los sistemas hidráulicos utilizan lubricantes para lubricación y para transmitir potencia. En aplicaciones tales como éstas, puede ser posible comprometerse con el grado de viscosidad escogido, de tal forma que el mismo aceite puede ser usado para todos los propósitos. En la práctica una variación de 30 a 50 % de la viscosidad ideal es usualmente posible. Así, un aceite con grado de viscosidad ISO 68 puede ser usado para cubrir el rango de viscosidades entre ISO VG 46 a ISO VG 100. 4. Cuales aditivos son necesarios? Los aceites lubricantes se deterioran durante su uso por diferentes razones. Por lo tanto la mayoría de los lubricantes contienen aditivos para combatir el deterioro y extender la vida útil de el aceite. Los aditivos son también para mejorar las propiedades particulares de un aceite. Muchos aceites contienen antioxidantes, dispersantes e inhibidores de corrosión. Otros aditivos, tales como mejoradores de índice de viscosidad, depresores de punto de fluidez, agentes antiespuma y aditivos antidesgaste, pueden ser requeridos dependiendo de la aplicación. En comparación a los costos del aceite base, los aditivos son unos ingredientes costosos. Por lo tanto, solamente se agregan a los lubricantes si su inclusión puede ser justificada sobre la base del mejoramiento del desempeño y de la economía en su uso.

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Módulo Uno 5. Qué factores de costos necesitan tenerse en cuenta? El precio de un lubricante es claramente un factor importante, pero el precio solo no debe ser determinante para la selección de un aceite. Los sistemas de lubricación de las máquinas modernas son usualmente diseñados para que una gama amplia de lubricantes puedan ser usados en ellos. Es muy fácil seleccionar él lubricante más barato que parece hacer él trabajo requerido en una aplicación dada. Sin embargo es necesario, asegurarse que él aceite continuará lubricando eficientemente por un período largo de tiempo. Un aceite debe juzgarse en términos costos totales de operación y mantenimiento de la maquinaria por largos períodos de tiempo. Así la lubricación con un aceite barato que tiene que ser cambiado a intervalos frecuentes puede pronto volverse más costoso que usar el aceite de precio elevado con una larga vida de servicio. Más serio aún, usar un aceite barato puede conducir a fallas mecánicas que podrían costar mucho más que el costo adicional de un lubricante de mayor valor.

La lubricación de un equipo específico En los módulos subsiguientes de este programa estaremos estudiando en detalle los lubricantes utilizados para propósitos específicos describiendo qué deben hacer estos lubricantes y qué propiedades deben tener. En la siguiente página sé describen brevemente los requerimientos de lubricación de algunas aplicaciones comunes con él fin de resaltar los principios anteriores.

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Más acerca de

ESCOGER EL ACEITE ADECUADO

Rango de viscosidad (cSt) a la temperatura global de operación

Aplicación

Aceite de motor Aceites de turbina Aceites para compresores Aceites hidráulicos Aceite para cojinete de bolas Aceite para cojinete de rodillos Aceite para engranajes

10 - 50 10 - 50 10 - 50 20 - 100 10 - 300 20 - 1500 15 - 1500

Algunos de estos tipos de aceite tienen un rango amplio de viscosidades. En general, se prefieren menores viscosidades a altas velocidades, bajas cargas y en sistemas cerrados con circulación total de aceite.

Una gráfica típica para determinación del grado de viscosidad ISO a 40°C del lubricante requerido se reproduce abajo: Viscosidad cinemática en Centistokes

as vicosidades de los aceites en servicio para variedad de aplicaciones típicas se reúnen en la siguiente tabla:

L

ISO 10 ISO 5

20 50 100

Rango óptimo de viscosidad

1000

ISO 100 ISO 68

200,000

Viscosidad deseable

ISO 46

0.05

0.1

0.2

0.5

1.0

2.0

5.0

10.0

20.0

50.0

Termperatura °C

Se han diseñado y publicado guías para ayudar a la selección de la viscosidad óptima en ampliaciones particulares. Se ilustran algunos ejemplos típicos.

1000 Disminución del diámetro

20,000 10,000 5,000 2000 1000 500 200 100 2

10

mm

diá 20 me mm tro .

50 mm 1 . 20 00 m 0 mm m. .

5

10

20

50 100 200

500

Viscosidad a la temperatura de operación (cSt)

Viscosidad a la temperatura de operación (°C )

50,000

Velocidad (rpm)

ISO 32

ISO 22

3.0

Incremento 500 de la carga 200 100 50 20 10 5 2 1 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0 2.0

5.0 10.0 20.0

Velocidad en la línea pitch (m/s)

50.0

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LA LUBRICACION DE UN EQUIPO ESPECIFICO La lubricación de cojinetes En cojinetes planos la función principal de un lubricante es reducir la fricción y actuar como refrigerante. Un aceite mineral simple es en general, completamente satisfactorio para estos propósitos. La adición de los antioxidantes e inhibidores de corrosión puede ser benéfica en condiciones más exigentes. La selección de el aceite está determinada por la viscosidad, a no ser que él cojinete opere en un rango amplio de temperaturas. El índice de viscosidad entonces sé vuelve en un factor importante. Los aceites y grasas pueden ser usadas para lubricar cojinetes de rodillos. La grasa tiene la ventaja de proveer sellado efectivo contra la pérdida de lubricante y la entrada de contaminantes. Sin embargo, el aceite es una mejor selección para cojinetes que operan a altas temperaturas y altas velocidades. La lubricación de los engranajes Los engranajes abiertos son usualmente lubricados con aceites. Para asegurar que los aceites no se salgan a altas velocidades, se utilizan lubricantes viscosos conteniendo aditivos adherentes. Las grasas también pueden ser usadas.

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Módulo Uno Los engranajes cerrados son generalmente lubricados con aceite. Siempre están soportados por cojinetes de tal forma que él lubricante debe ser adecuado tanto para engranajes como para cojinetes. Aceites minerales sin aditivos son satisfactorios para muchas situaciones. A altas velocidades, los aceites con bajas viscosidades conteniendo antioxidantes y agentes antiespuma pueden ser requeridos. Lubricantes para engranajes con más carga deben contener aditivos de extrema presión. Los aceites que contienen aditivos de extrema presión (EP) son utilizados para engranajes trabajando bajo las cargas más pesadas, particularmente si sé espera tener cargas de choque. Aceites hidráulicos El aceite en sistemas hidráulicos, es usado tanto para la lubricación como para la transmisión de potencia. Debe ser lo suficientemente viscoso para lubricar las partes móviles eficientemente, pero lo suficientemente delgado para actuar como un refrigerante eficiente. Debe tener también buenas propiedades de liberación de aire y resistencia a la espuma, de no ser así, la compresibilidad del aceite se incrementaría y afectaría su habilidad para actuar como un medio hidráulico. Una buena separación de agua o demulsibilidad, es otra propiedad para limitar él daño causado a las válvulas, bombas y cojinetes por él agua. Aceites minerales altamente refinados satisfacen todos estos requerimientos. Con el objeto de evitar

Introducción a los lubricantes y la lubricación corrosión interna, antioxidantes e inhibidores de corrosión, son generalmente adicionados a los aceites minerales usados en sistemas hidráulicos, junto con los aditivos antidesgaste. Aceites para motores de combustión interna Los aceites para motores de combustión interna son diseñados para que lubriquen, refrigeren, protejan contra la corrosión, mantengan la limpieza y ayuden al sello de los anillos del pistón en él rango de temperaturas de operación. Los aceites multígrados para motores son formulados con una proporción sustancial de aditivos que incluyen: Mejoradores de índice de viscosidad para reducir él adelgazamiento del aceite a altas temperaturas, depresores del punto de fluidez para facilitar él arranque en ambientes fríos, antioxidantes para prevenir la oxidación y la formación de lodos, agentes antiespuma para prevenir la formación de espuma a medida que él aceite circula por el motor, inhibidores de corrosión para neutralizar los ácidos formados durante la combustión, inhibidores de herrumbre para proteger las superficies lubricadas, detergentes y dispersantes para controlar la formación de depósitos, suspender los contaminantes productos de la combustión y por lo tanto evitar él bloqueo de los conductos y los filtros, y aditivos antidesgaste para mejorar las propiedades de la lubricación de capa límite.

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COMPARACION DE CLASIFICACIONES DE ACEITES POR VISCOSIDAD

NOTA: Las comparaciones deben hacerse dentro de la franja del mismo color. En caso de hacer comparaciones de una franja a otra, debe cumplirse el requisito de que el KVI esté entre 90 y 100. Este gráfico únicamente compara viscosidades.

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CONVERSION DE UNIDADES DE VISCOSIDAD cSt Centistokes

SUS

REDWOOD

GRADOS ENGLER

cSt Centistokes

SUS

REDWOOD

GRADOS ENGLER

1.8 2.7 4.2 5.8 7.4 8.9

32 35 40 45 50 55

30.8 32.2 36.2 40.6 44.9 49.1

1.14 1.18 1.32 1.46 1.60 1.75

102.2 107.6 118.4 129.2 140.3

475 500 550 600 650

419 441 485 529 573

13.5 14.2 15.6 17.0 18.5

10.3 11.7 13.0 14.3 15.6

60 65 70 75 80

53.5 57.9 62.3 67.6 71.0

2.55 2.68 2.81 2.95 3.21

151 162 173 183 194

700 750 800 850 900

617 661 705 749 793

19.9 21.3 22.7 24.2 25.6

16.8 18.1 19.2 20.4 22.8

85 90 95 100 110

75.1 79.6 84.2 88.4 97.1

2.55 2.68 2.81 2.95 3.21

205 215 259 302 345

950 1,000 1,200 1,400 1,600

837 882 1,058 1,234 1,411

27.0 28.4 34.1 39.8 45.5

25.0 27.4 29.6 31.8 34.0

120 130 140 150 160

105.9 114.8 123.6 132.4 141.1

3.49 3.77 4.04 4.32 4.59

388 432 541 650 758

1,800 2,000 2,500 3,000 3,500

1,587 1,763 2,204 2,646 3,087

51 57 71 85 99

36.0 38.4 40.6 42.8 47.2

170 180 190 200 220

150.0 158.8 167.5 176.4 194.0

4.88 5.15 5.44 5.72 6.28

886 974 1,082 1,190 1,300

4,000 4,500 5,000 5,500 6,000

3,526 3,967 4,408 4,849 5,290

114 128 142 158 170

51.6 55.9 60.2 64.5 69.9

240 260 280 300 325

212 229 247 265 287

6.85 7.38 7.95 8.51 9.24

1,405 1,515 1,625 1,730 1,840

6,500 7,000 7,500 8,000 8,500

5,730 6,171 6,612 7,053 7,494

185 199 213 227 242

75.3 80.7 86.1 91.5 96.8

350 375 400 425 450

309 331 353 375 397

9.95 10.7 11.4 12.1 12.8

1,950 2,055 2,165

9,000 9,500 10,000

7,934 8,375 8,816

256 270 284

*Esta tabla compara viscosidades a la misma temperatura.

Introducción a los lubricantes y la lubricación RECOMENDACIONES DE LOS FABRICANTES En la práctica, los fabricantes de todo tipo de plantas y equipos normalmente especifican las propiedades y los estándares de desempeño requeridos de los lubricantes adecuados para los equipos. Una especificación típica puede determinar, por ejemplo, límites de viscosidad a una o más temperaturas, punto de fluidez, punto de chispa y propiedades de prevención de corrosión, junto con una indicación de los métodos de prueba usados para determinar estas características. Frecuentemente la especificación cubre hasta una recomendación para usar una marca o marcas de lubricantes. Donde se tengan las recomendaciones de los fabricantes, la selección de éstos deben estar siempre basados en ellos. Cuando no se tengan las recomendaciones de los fabricantes, el fabricante del lubricante, en conjunto con el del equipo sí es necesario, aconsejará al usuario, la marca más adecuada para aplicación específica. Sustituyendo un lubricante por otro El usuario del lubricante deseará saber si un producto alternativo puede reemplazar una marca en uso. Tal sustitución puede ayudar a reducir costos, mejorar la eficiencia o racionalizar el número de lubricantes usados. En situaciones como éstas, es preferible tratar de cambiar directamente a un lubricante que tenga especificación similar a la marca usada. Sin embargo, ese tipo de acción no

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Módulo Uno puede ser tomada a la ligera. Es posible que la marca usada no sea la mejor para el trabajo y que pueda haber un mejor lubricante para la aplicación particular que el producto directamente comparado Cuando se planee sustituir un lubricante por otro, es esencial considerar la aplicación específica en la cual se va a emplear. En la gran mayoría de los casos, una recomendación confiable sé puede realizar basada en los requerimientos especificados por él fabricante. En aquellas instancias donde la información no es disponible, las recomendaciones deben estar basadas en una consideración de las propiedades requeridas por él lubricante para las condiciones bajo las cuales tiene que funcionar. Puede ser necesario buscar asistencia técnica.

Introducción a los lubricantes y la lubricación Es una buena práctica tomar muestras períodicas del lubricante usado y las pruebas así efectuadas son conocidas como monitoreo de lubricantes, el cual revela información acerca de la condición del aceite y del estado de la maquinaria. Algunas de las pruebas usadas son muy simples y pueden ser fácilmente aplicadas a los sistemas más pequeños. Otras son más sofisticadas y tienden a ser usadas solamente para monitorear máquinas más grandes. Algunas de las pruebas más comúnmente usadas, y la información que puede ser obtenida de ellas son revisadas en seguida. Apariencia La apariencia de un aceite puede revelar mucho acerca de su condición. El oscurecimiento, espesamiento y la presencia de lodo y partículas de hollín, implican sobrecalentamiento y oxidación. El agua puede afectar la apariencia del aceite, sugiriendo que la condensación o una fuga de agua está ocurriendo en alguna parte del sistema. Ripios de desgaste se encuentran frecuentemente durante la iniciación de un motor nuevo, sin embargo, si se ve en un sistema viejo, puede indicar que un desgaste serio está teniendo lugar.

Viscosidad

Cuando se revisa la viscosidad de un aceite usado, una muestra de aceite es comparado con una muestra del mismo aceite sin usar.

Módulo Uno Cualquier espesamiento de él aceite puede ser causado por la oxidación, por contaminantes sólidos, o por otros factores. Por otro lado, él adelgazamiento de un aceite de motor sugiere dilución de combustible sin quemar. En algunos casos, puede ocurrir tanto adelgazamiento como espesamiento y la viscosidad parece normal. Viscosidad (cSt)

PROBANDO LOS LUBRICANTES

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Tiempo de operación (horas)

Punto de chispa La presencia de solo una pequeña cantidad de combustible sin quemar en un aceite para motor, producirá una marcada reducción en el punto de chispa. Otros contaminantes inflamables harán un efecto similar. El agua y los contaminantes no inflamables tienen un efecto diferente y puede ocultar el punto de chispa.

Introducción a los lubricantes y la lubricación MIDIENDO LA VISCOSIDAD

L

a viscosidad puede ser medida cualitativamente comparando él flujo de las muestras usadas y no usadas a través de un embudo pequeño. En la práctica la viscosidad de un líquido es usualmente medida más exactamente, tomando el tiempo del flujo a través de un tubo pequeño o capilar. Varios instrumentos conocidos como viscosímetros, han sido desarrollados para determinar la viscosidad en esta forma. Los resultados obtenidos son frecuentemente expresados como tiempos de flujo y están relacionados al instrumento particularmente usado, de tal forma que puede ser rápidamente convertido a centistokes usando tablas estándar. Un instrumento relativamente simple para medir la viscosidad es él Visgage. Este instrumento básicamente consiste en dos tubos de vidrio que contienen una esfera de metal. Un tubo contiene un aceite estándar de viscosidad conocida y otro es llenado con él aceite de prueba. Las viscosidades de los dos aceites son comparadas, inclinando el instrumento y permitiendo que las dos esferas caigan suavemente a través de los aceites. Cuando la esfera que lidere llegue primero al punto premarcado, él instrumento es llevado a la posición horizontal y la viscosidad del aceite bajo prueba puede ser leída en la escala opuesta a la posición de la otra esfera. El Visgage no es adecuado para medir la viscosidad de líquidos opacos, tales como aceites severamente contaminados u oxidados debido a

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Módulo Uno que la esfera no puede ser vista a través del aceite oscuro. Esfera metálica

Aceite bajo Esfera metálica prueba

Aceite stándard

Escala de viscosidad

Marcos graduados

Sección capilar

Viscosímetro capilar suspendido

Introducción a los lubricantes y la lubricación Prueba de contaminación por agua La prueba más simple para agua involucra él calentamiento del lubricante por encima de 100°C. Si hay agua presente, hierve y causa que el agua crepite. Pruebas más precisas consisten en tratar el aceite con un químico que reacciona con el agua produciendo hidrógeno, o destilando el agua del aceite usado utilizando un sistema de solvente. Acidez y basicidad La acidez de un lubricante puede ser expresada en términos de su número ácido, la cantidad de álcali necesaria para neutralizarlo. Similarmente, la basicidad puede ser expresada en términos de número base, la cantidad de ácido necesaria para neutralizarlo. La oxidación de un aceite genera productos ácidos y la evaluación del número total ácido (TAN) da por lo tanto una indicación del deterioro del aceite en servicio. En motores diesel, la combustión del combustible libera componentes ácidos de azufre, los cuales pueden causar corrosión y oxidación del aceite del motor. Los aditivos detergentes proporcionan una reserva alcalina para neutralizar tales ácidos y la evaluación del número base total (TBN) da una importante información del grado de agotamiento de tales aditivos.

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Módulo Uno Un aceite conteniendo contaminantes mostrará una mancha con gránulos, puntos café o negros o anillos. La apariencia en particular de la mancha depende de la cantidad o tipo de contaminantes. Espectroscopio infrarrojo Muchos productos de la oxidación contienen un grupo químico llamado el grupo carbonil, el cual absorbe la luz infrarroja de una longitud de onda característica. Esta propiedad puede ser usada para revisar la oxidación. Análisis espectrográficos El análisis espectrográfico del aceite (SOA) es una técnica sofisticada que permite que los elementos presentes en él aceite sean identificados y sus concentraciones sean determinadas. Puede ser usada para indicar las causas de la contaminación y el desgaste. Por ejemplo, la presencia de silicio sugiere que polvo a barro le están entrando al aceite; cobre, plomo y estaño están posiblemente asociados con desgaste de cojinetes.

Pruebas de manchas de aceite Una gota de aceite es colocada sobre una hoja de papel especial para manchado y se deja que se disperse. Un aceite nuevo dará una mancha transparente uniforme y amarillo pálido.

Algunos ejemplos de pruebas en papel secante.

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EL ANALISIS ESPECTROGRAFICO DE ACEITES análisis espectrográfico de aceites está ba E lsado en el principio que cuando un químico

es calentado a una temperatura muy alta, éste emite luz. Las ondas de la luz que son emitidas dependen de la naturaleza de los átomos en el compuesto químico. Cada elemento emite un espectro característico con una determinada longitud de onda y la intensidad de la emisión es proporcional a la cantidad de elemento presente.

En los modernos equipos usados para ál análisis espectrográfico, el aceite es rociado dentro de un plasma de gas argón a alta temperatura. El aceite y cualquier elemento en él es vaporizado y emite su espectro característico. El espectro es analizado electrónicamente y una computadora imprime los detalles de los elementos presentes y sus concentraciones virtualmente espontáneas.

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Introducción a los lubricantes y la lubricación RESUMEN DE LA SECCION CUATRO En principio la selección de un lubricante para una aplicación en particular puede estar basada en la siguiente lista de preguntas: 1. Cuál es la viscosidad más adecuada a la temperatura de operación? 2. Qué índice de viscosidad es necesario? 3. Cual es el grado ISO de viscosidad requerido (o SAE para uso automotriz)? 4. Qué aditivos son necesarios? 5. Qué factores de costos son necesarios considerar? En la práctica, la selección de un lubricante para una aplicación en particular está basada en las recomendaciones del fabricante del equipo en el cual el lubricante va a ser utilizado. Un lubricante no debe ser recomendado o sustituido por otro producto solo sobre la base que los dos lubricantes tienen propiedades y usos similares. Es esencial que el lubricante que sé recomienda sea adecuado para la aplicación en particular. Un número de pruebas pueden ser llevadas a cabo para monitorear él desempeño de los lubricantes. Estas evalúan tanto las condiciones del aceite como del equipo lubricado.

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Módulo Uno Las pruebas de aceites más importantes utilizadas para monitorear lubricantes incluyen: Apariencia, viscosidad, punto de chispa, contaminación con agua, número base, pruebas de manchas, espectroscopio infrarrojo y análisis espectrográfico de aceite.

Introducción a los lubricantes y la lubricación

SECCION CINCO ALMACENAMIENTO, MANEJO Y USO DE LUBRICANTES Además de la correcta selección de los lubricantes, es necesario tener en cuenta algunos aspectos relacionados con su almacenamiento, manipulación, transporte en planta y aplicación.

Almacenamiento Preferiblemente en bodega o en un cuarto exclusivo para tal fin. El almacenamiento a la intemperie debe evitarse en lo posible, de lo contrario hacerlo sobre estructuras metálicas con los tambores en posición vertical pero con las tapas hacia abajo. Tambores en uso que no resulte viable su ubicación vertical (idem anterior) u horizontal, dejarlos en posición inclinada para evitar que la tapa quede sumergida en contaminantes acumulados. Una medida práctica es cubrir los tambores con plásticos o lonas impermeables, a manera de carpa. El cuarto de lubricantes debería quedar fuera del área física de proceso, pues la alta concentración de partículas del material en proceso son una fuente alta de contaminación.

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Módulo Uno Revisar y limpiar diariamente el área alrededor de las tapas para reducir el riesgo de contaminación al abrir el tambor. Los tambores de aceite soluble y los de aceite dieléctrico deben ser obligatoriamente almacenados bajo techo, en sitios que no estén expuestos a fuertes cambios de temperatura. “La bodega de lubricantes debe ser de preferencia una construcción separada, resistente al fuego. Los tambores no se deben colocar sobre plataformas de madera, sino sobre piso de cemento, metal o cualquier otro material resistente al fuego. Los tambores, cubetas y otros depósitos deben tener las tapas, tapones o separadores cerrados todo el tiempo en que no estén en uso efectivo. Los depósitos vacíos siempre se deben mantener cerrados”. CONSEJO NACIONAL DE SEGURIDAD DE LOS ESTADOS UNIDOS

Introducción a los lubricantes y la lubricación Manejo de lubricantes El descargue de tambores debe hacerse empleando un medio mecánico que garantice seguridad al operario y evite daños al tambor. Ej: montacargas, elevadores mecánicos, plataformas hid. Para el transporte de un sitio a otro, debe contarse con una carretilla especial, como mínimo, o un montacargas. Evitar rodar el tambor, ya que se debilita su estructura y el peligro de “desgrafado” aumenta por los golpes fuertes al acostarlo y levantarlo.

Aplicación Recipientes para aplicación de lubricantes: Nunca se deben emplear recipientes galvanizados, porque algunos de los aditivos de los lubricantes pueden reaccionar con el zinc, formando jabones metálicos, espesando el aceite e incluso causando obstrucción de conductos de lubricación, boquillas inyectoras, etc. Utilizar Recipientes Shell Safe Oils® (Disponibles en presentaciones 5 litros) Pistolas engrasadoras: Mínimo una pistola por cada tipo de grasa. Los jabones metálicos (sodio, calcio, litio) son incompatibles entre sí.

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Módulo Uno Bombas manuales para transvasar aceite: Vigilar que no se produzca contaminación de un aceite con otro por residuos en la bomba. Ej.: aceites hidráulicos .vs. aceites de motor Utilizar Recipientes Shell Safe Oils® Bombas neumáticas o eléctricas para grasa: Evitar la contaminación de la grasa residual que queda en el fondo del tambor, manteniéndolo herméticamente sellado, ya que puede v llegar a ser hasta un 10% del contenido.

Almacenamiento durante largos períodos de tiempo El almacenamiento prolongado deteriora las propiedades físico - químicas de los lubricantes; particularmente de las grasas. Las grasas que contienen jabón de sodio o calcio separan el aceite en un período de cuatro meses (de producida). Las grasas de litio permanecen estables hasta 12 meses después de su producción.

Introducción a los lubricantes y la lubricación CONTAMINACION ENTRE LUBRICANTES Es común este tipo de problema cuando se emplea un solo recipiente para varios aceites. Es más crítico cuando se mezclan aceites para aplicaciones automotrices con industriales. Extremo cuidado debe ser tenido para evitar la contaminación de un aceite para engranajes (ej: Omala, Spirax) con trazas de cualquier aditivo básico (ej: aditivo detergente a base de calcio, en el aceite de motor) ya que pueden tener un efecto negativo sobre las propiedades superficiales (espuma, atrapamiento de aire y demulsibilidad). Límite < 2 mg/kg (2ppm) Aunque la formulación de aceites hidráulicos contiene calcio, es importante evitar la contaminación con los aditivos del aceite de motor. Tal contaminación generalmente se reflejará en un aumento en el contenido de calcio (análisis de laboratorio), y puede conducir a precipitación de los aditivos del aceite hidráulico, reducción drástica de sus propiedades demulsificantes o antiemulsionantes, pérdida de filtrabilidad y taponamiento de filtros ultrafinos (formación de gel ~ lodos).

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Módulo Uno El sobretratamiento de aditivo depresor del punto de fluidez en un hidráulico puede te ner un efecto adverso sobre la demulsibilidad y la filtrabilidad del producto terminado. La cantidad de aditivo dependerá de la base y el tipo de aditivo seleccionado.

Introducción a los lubricantes y la lubricación ASPECTOS DE SALUD OCUPACIONAL Las grasas tienen un grado de toxicidad bajo. Sin embargo, se recomienda retirarlas de la piel rápidamente, empleando jabón y agua caliente. En ningún caso usar disolventes como el kerosene, gasolina o varsol. El mayor riesgo de exposición ocurre con los aceites para el mecanizado de metales. Estos pueden producir dermatitis, acné, obstrucción de poros y remoción de los aceites naturales de la piel. Usar guantes (en lo posible), lavarse las manos con abundante agua caliente, evitar el uso de pastas abrasivas o desengrasantes en polvo, emplear jabones ligeramente ácidos, secar la piel con papel toalla desechable, etc. La ingestión de combustibles es irritante, lo cual origina náuseas y vómito. Las lesiones serias se originan por aspiración del líquido en los pulmones; y es por tal razón que no debe inducirse el vomito. Debido a la insolubilidad del combustible en el fluido pulmonar, y a su efecto irritante sobre la mucosa protectora, los pulmones reaccionan rápidamente “inundándose” con fluidos del cuerpo y originándose el ahogamiento de la víctima. Además, la irritación deja los pulmones de la víctima expuestos a la invasión de micro-organismos presentes en el cuerpo.

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Módulo Uno Los aceites con viscosidades inferiores al grado ISO 22 presentan riesgos similares a los del combustible; por lo tanto, es necesario no inducirle el vómito a la víctima

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Módulo Uno

SECCION SEIS GUIAS DEL USUARIO PARA IMPLEMENTAR UNA ADECUADA ADMINISTRACIÓN DE LA LUBRICACION Foco en “CAVEB”. - Características - Ventajas - Beneficios Los Beneficios son incrementados por las Ventajas de desempeño que proporcionan las Características del Producto. Ej. Shell Tellus.

Característica Mayor Nivel Desempeño Antidesgaste

Ventajas Equipo mejor protegido Vida mas larga Menos Mantenimiento Menos repuestos usados Menor lucro cesante Confiabilidad

Beneficios Reducción costos Reducción costos Reducción Costos Reducción Costos Tranquilidad Tranquilidad

“Todos los aceites nos son iguales - No existen Equivalentes para un producto ”

Introducción a los lubricantes y la lubricación Obtener la mejor selección de producto basado en datos: (Datos típicos de una auditoría completa Shell) Tipo de Equipo (Ej. Compresor de Tornillo ó de pistón, Turbina a gas ó a Vapor, etc..) Fabricante del Equipo (OEM)(Número del modelo, Año de fabricación.) Cantidad de Unidades de este Tipo Condiciones de Operación.(En términos de equipo y medio ambiente) Ciclo de Operación Chequeo aceite usado actualmente Disponibilidad del producto a seleccionar Verificación selección frente a manual del fabricante Nivel de consumos por período. Si es el caso revisión del tipo de combustible utilizado. Tipo de Combustible (MDO, GO,ACPM) Contenido de Azufre Niveles de limpieza según códigos (NAS 1638, SAE 749, códigos ISO 4406)

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Módulo Uno

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Módulo Uno

ANALISIS COSTO BENEFICIO PREVIOS A LA SELECCION

Refrigeración plantas nucleares ( Esteres polifenílicos),

Aceites sintéticos: Realmente existen pocas aplicaciones que los necesiten:

Aceites Dieléctricos (Es. Siliconados)

Compresores de Pistón con relación por etapa > 10 Cajas de reductores con temperatura aceite > 70°C Compresores de gases solventes y ó reactivos Compresores de tornillo bajo régimen de alta demanda Algunas transmisiones automotrices con bajo nivel de salpique. Equipos industriales en general que no requieran rellenos periódicos de aceite (No consumidores) y que por análisis de laboratorio requieran por lo regular cambiar el aceite en períodos inferiores al año.

Sostenibilidad económica y ambiental. Económica: PAO/ Hidrocarburos Sintetizados Esteres orgánicos

4-5:1 8:1

Esteres Fosfato Esteres Silícios ó Siliconas Esteres Polifenílicos

8:1 8-80:1 12 :1

Ambiental Alta Volatilidad Incompatibilidad General *Disposición restringida “ “ “ “ “ “ “ “ “

*Es limitado su fácil acopio y disposición en aprovechamiento dentro de procesos márginales aceptados por las diferentes regulaciones funcionales y/ó ambientales (Mezcla de combustibles calderas ó motores estacionarios en relaciones 20-6:1), Asfaltos, Desmoldante.

Aceites GPO (Genuine Part Oil, promovidos como parte original): Los fabricantes de equipos no orientan los recursos en desarrollo e investigación suficientes

Sostenibilidad económica y ambiental (Eliminación de cambios de aceites)

Shell cuenta con excelentes relaciones técnicas y comerciales con todos los OEM´s

Instrumentación.

Los OEM´s generalmente recomiendan insistentemente el empleo de su aceite pero solo exigen el cumplimento por especificaciones internacionales.

Transporte de pigmento donde se requieren fluidos Tixotrópicos. Anticongelantes y sistemas de frenos (Polyglicoiles)

Introducción a los lubricantes y la lubricación Bajo criterio y respaldo consistente los OEM´s confieren cubrimiento irrestricto de la garantía a equipos nuevos sin importar que estos no utilicen el aceite GPO (Genuine Part Oil) Nuevamente todos los aceites no son lo mismo. Por que las especificaciones pueden lucir similares pero ser muy diferentes en términos de verdadero desempeño y beneficios entregados.

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Módulo Uno Para evitar la peligrosa posibilidad al seleccionar 1.De reincidir un tipo de lubricante erróneo. 2.De reincidir en el uso de un lubricante que puede no ser adecuado para el propósito 3.El más cercano grado Shell de equivalencia puede no ser nuestra mejor oferta. Un buen ejemplo de esto es el frecuente uso de aceites de turbina en algunos compresores de tornillo.

Resolver bloqueos de percepción:” Producto Equivalente”

4.Se ignora el considerar que necesariamente existe un producto idóneo.

1.Un producto con las mismas características físicas del producto actual.

5.Se ignora el considerar ls prolongación de vida del equipos en mínimo un +25% Vs manual

2.Un producto que cumple las mismas especificaciones de desempeño del actual.

!La actitud correcta es exigir una auditoria completa de lubricación Shell”

3.Un mismo producto a reemplazar pero elaborado por Shell. 4.Un producto para la misma aplicación. 5.Un cambio a mayor calidad y desempeño del lubricante significa una inversión y no un costo.

Introducción a los lubricantes y la lubricación RACIONALIZACION PRODUCTOS Manejar niveles de consumos periódicos “Mínimos”. Contar con mínimo 15 dias inventario. Manejar situaciones de Disponibilidad. “Máximos” Adicionar dias requeridos por importación. Manejar situaciones de urgencia incidental. “Incidentales” Elaborar y ó conocer tabla de AST Conocer diferentes niveles del canal de distribución en el sitio. Conocer otros usuarios del mismo produc to en el área. Manejar tabla de AST “Aceptabilidad a Sustitución Temporal” (Ejm.) !Solo recomendables bajo situación de urgencia, durante el lapso que demore la inmediata reposición del producto idóneo y bajo total cuenta y riesgo del usuario¡ Aceite hidráulico recibe Aceite de turbina o de motor ó de servo ó mineral. Aceite de caja de velocidades recibe aceite de motor ó hidráulico. Aceite de motor recibe aceite tipo Servo/ CAT TO4 .

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Módulo Uno Servo recibe aceite hidráulico ó aceite multígrado de motor.

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Módulo Uno

MANEJO DE PROBLEMAS (TROUBLE SHOOTING) La nueva gerencia del mantenimiento debe transformarse asimilando la cultura del pensamiento sistémico la cual se resume en: a. Delegación del poder y autodisciplina. b. Aprovechamiento de la conversación. (E-mails, reuniones, Internet) c. El pensamiento sistémico y la cultura de autoreducción. d. Seguimiento Voluntario con responsabilidad.

Herramientas de análisis: Para Trouble Shooting : Espina de Pescado/ Causa y efecto “4 Ms”

Método

Maquinaria

Materiales Efecto

Medición

Mano de Obra

Medio Ambiente

Introducción a los lubricantes y la lubricación SELECCION DE MEJORAS DE PROCESO Indagación y Sustentación de situaciones y acciones claves Indagación: Involucrar diferentes puntos de vista. Ilustrar el porque de la pregunta. Tratar de entender. Escuchar de verdad. Estar dispuesto a experimentar. Sustentación: Exponer a otros nuestra percepción e idea/ deseo. Revelar el pensamiento y razonamiento detrás de nuestro punto de vista. Involucrar a otros permitiendo la exposición del punto de vista de los demás. Escuchando de verdad.

Tomo

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“Escalera de Inferencia” Acción

Adopto

Creencias

Infiero

Conclusiones

Hago

Suposiciones

Agrego

Significado

Selecciono Datos Datos y Experiencias Observadas

Introducción a los lubricantes y la lubricación PRUEBAS DE CAMPO Debeb ser claramente definidos los objetivos así como la medición de su exito. Productos y aplicaciones a ser probadas. Duración de la prueba. Suministro y manejo de pruebas de aceites. Preparación para la prueba. Conducción de la prueba. Puntos de monitoreo. Tendencias del monitoreo (Indicadores). Guias para el muestreo de aceites usados. Conservación de los record conseguidos. Modo y formato de presentación de reportes de resultados.

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Módulo Uno

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Módulo Uno

ELECCION RACIONAL DEL NIVEL DE PROGRAMA DE MANTENIMIENTO DESEADO 1-Predictivo (Incluye análisis de muestras) ANALISIS TIPICOS DE UN PROGRAMA PREDICTIVO /PERIORICIDAD/ COSTO/ APLICABILIDAD

a.Análisis Ac. Usado (Hrs, Frec.) Costo $accesorios Muestreo Costo $correo/u(Caja 6 un.) Toma de Muestra Laboratorio y Reporte b.Analisis Vibraciones Hrs Frec Costo $ unitario c.Analisis Temperatura externa Hrs Frec Costo $ unitario (Pistola infraroja) d. Espectrofotometría Hrs. Frec. Costo $ unitario Laboratorio y Reporte e.Opacidad Gases de Escape Costo $ unitario f.Conteo Particulas Costo $accesorios Muestreo Costo $correo/u(Caja 6 un.) Toma de Muestra Costo $ unitario g. Análisis Boroscópico Costo $ unitario

Motor Servos Cajas 250 500 1000 500 500 500 500 500 500 0 0 0 15000 15000 15000 1000

Diferencial Mand. FinalCompresor Turbina Increment. S.HidraulicoS.T.Térmico S. Eléctrico

2000 500 500 0 15000

2000 500 500 0 15000

250 500 500 0 15000

500 500 500 0 15000 80000

500 500 500 0 15000 80000

1000 500 500 0 15000

2000 2000 500 2500 500 10000 0 350000 15000 150000

80000 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Aunque se ofrece para todo equipo há sido poca su contribución y mayor utilidad 2000 frente a los anteriores análisis.. A excepción de los transformadores y demás equipos150000 eléctricos. 50000 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 No Aplica No aplica 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 35000 35000 35000 35000 35000 35000 35000 35000 35000 No Aplica No Aplica 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 2500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 10000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 350000 No aplica No aplica No aplica 0 0 0 0 0 0 0 0 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 No Aplica No Aplica No Aplica No aplica No aplica No aplica 0 0 0 0 0 0 0 0

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Módulo Uno

2-Preventivo

6. Línea 9800 de permanente consulta.

Previa Elección racional del tipo de software de mantenimiento deseado:

7. Factible de implementar codificador de barras.

Foco en Sostenibilidad (Fácil y económica actualización software a niveles de vanguardia en lo relacionado con innovaciones sobre el tema de la administración del mantenimiento), Confiabilidad (Insaturabilidad de bases de datos y nulo riesgo de bloqueos por pérdida de información y trabajo abortado), Mantenibilidad (Servicio de Soporte y consulta libre de cargo) y Funcionabilidad (Facíl de implementar y operar; amigable; que utilice el mejor ambiente de trabajo virtual del momento/ Hoy en dia es Windows y aplicable a todo tipo de empresa).

Todo libre de costo una vez firmado convenio de exclusividad por parte del cliente en utilizar solo lubricantes Shell. En caso contrario tendrá un costo inicial de US$5.000 y un Fee de US$1500/año.

3-Proactivo La sumatoria de los dos anteriores

La respuesta Shell es “LUBRIPLAN “

(Implica completo paquete de administración software con programa de tendencias sobre datos de reportes de análisis de laboratorio)

LUBRIPLAN Incluye:

4-Correctivo-Preventivo

1. Elaboración de Auditoría completa

El menor costo de operación existente pero de sugerible implementabilidad solo en procesos de equipos no críticos.

2. Implementación software. 3. Digitación plan de mantenimiento 100% lubricantes y 20% total de actividades no relacionadas con lubircantes. 4. Monitoreo trimestral de utilización y satisfacción. 5. Sostenimiento digitación en crecimientos de planta. de nuevas adquisiciones en equipos.

(Las señales de acción son tomadas con base en la apreciación visual de algún deterioro controlable del equipo y es descartada cualquier posibilidad de súbito daño catastrófico del mismo)

Introducción a los lubricantes y la lubricación RESUMEN Foco en CAVEB. Obtener la Mejor Selección Basado en Datos. Análisis Costo Beneficio Previos. Racionalización Productos. Manejos de Problemas. Selección Mejoras. Pruebas de Campo. Elección Racional del Nivel de Programa de Mantenimiento Deseado.

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Módulo Uno

Motores Contenido Introducción Sección Uno Motores diesel y a gasolina Motores de combustión Interna Como trabaja un motor diesel El motor diesel de dos tiempos Motores turbocargados Sistemas de refrigeración de un motor diesel Sistemas de lubricación de motores diesel Motores diesel de baja, media y alta velocidad Resumen Sección Uno

Sección Dos La lubricación de motores diesel Funciones de los lubricantes para motores diesel Propiedades de los lubricantes para motores diesel Grados de viscosidad Especificaciones de los aceites para motores diesel Clasificación API para aceite de motor a gasolina Pruebas de motor Resumen Sección Dos

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Módulo Dos Sección Tres Lubricación de los motores de dos tiempos Problemas en motores de 2 tiempos Aditivos comúnmente utilizados por los lubricantes para motores de dos tiempos Clasificación de aceites para motores de dos tiempos a gasolina Clasificación Jaso Clasificación para motores de dos tiempos enfriados por agua

Sección Cuatro Análisis de aceites usados Fallas en los motores Ejemplos típicos de fallas relacionadas con el aceite lubricante

Motores INTRODUCCION El tutor de Aceites Shell ha sido diseñado para suministrarle información clave sobre lubricantes y sus aplicaciones. Igualmente pretende desarrollar su conocimiento de productos y permitirle hacer su trabajo más efectivo. También le proporcionará una base sólida para un entrenamiento posterior. El tutor es un paquete multimedia que consta de una serie de cassettes de audio, los cuales tiene cada uno un Manual de Entrenamiento complementario. Usted probablemente obtendrá el mayor beneficio del paquete escuchando primero los cassettes y luego estudiando su Manual acompañante. Sin embargo, como cada parte del paquete se puede utilizar independientemente, usted puede encontrar una forma alternativa de trabajar que se le acomode.

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Módulo Dos

Motores Cómo utilizar el Manual? Este Manual, como los otros del paquete, está dividido en un número de secciones cada una de las cuales consiste en un breve resumen, una secuencia de información y un examen corto. Usted simplemente lee a lo largo de una sección a la vez y luego responde las preguntas sobre todo lo que ha leido. Cuando usted ha pasado a través de todas las preguntas de la sección chequee las respuestas. Si tiene alguna de sus respuestas mal, lea la información apropiada y la pregunta otra vez. Asegúrese que entiende las respuestas correctas antes de continuar. Usted encontrará que las páginas de la derecha del Manual le mostrarán toda la información clave que usted necesita saber. Usted debe estudiar estas páginas si quiere lograr los objetivos del Tutor. Para aquellas personas que les gusta explorar un poco más profundo en el tema encontrará información suplementaria buena de saber en las páginas de la mano izquierda. Si el tema es nuevo para usted, le sugerimos que ignore la información suplementaria en la primera pasada. Usted puede volver a estas páginas más adelante. Pero insistimos, usted decide sobre el uso de este Manual en la forma que le sea más útil. Como quiera que usted decida estudiar, si usted desea obtener lo mejor del Tutor, es importante que trabaje cuidadosamente y concienzudamente los Manuales. Estos han sido diseñados para ser fáciles de seguir, pero igualmente demanda-

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Módulo Dos rá algo de tiempo, esfuerzo y compromiso de su parte. Esperamos que disfrute la experiencia de aprender y que pronto vea como los beneficios de su mejora en el conocimiento de productos le ayudará a hacer su trabajo más efectivamente.

Motores

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Módulo Dos

SECCION UNO MOTORES DIESEL Y A GASOLINA Los motores diesel son máquinas eficientes y económicas que son ampliamente usadas para el transporte terrestre, férreo y marino. También son importantes como fuentes de potencia estacionarias en una variedad de aplicaciones industriales. En esta sección estudiaremos la estructura y el funcionamiento de los motores diesel, que nos darán el conocimiento básico necesario para apreciar sus requerimientos de lubricación. Cuando usted haya estudiado la información clave de esta sección, usted será capaz de: Describir las principales características de un motor de pistón reciprocante y mencionar la diferencia básica entre los motores de diesel y de gasolina. Explicar cómo trabaja un motor diesel de cuatro tiempos y de dos tiempos. Explicar el propósito de la sobrecarga y describir cómo trabaja un motor diesel turbocargado. Describir cómo es refrigerado y lubricado un motor diesel convencional. Distinguir entre las velocidades, las ratas de potencia, los combustibles y las aplicaciones de los motores de alta, media y baja velocidad.

Si estudia la información complementaria, usted será capaz de: Explicar el significado de los términos pistón oscilante, cruceta, en línea, motor en V y horizontalmente opuesto. Comparar los motores diesel con los de gasolina en términos de desempeño, construcción y costos de operación. Explicar como operan las válvulas y el sistema de inyección de un motor diesel de cuatro tiempos. Distinguir los métodos de barrido de gases de combustión, usados en los motores diesel de dos tiempos. Comparar los motores de cuatro y dos tiempos en términos de desempeño y consumo de combustible y lubricantes.

Motores

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Módulo Dos

MOTORES DE COMBUSTION INTERNA Los motores de combustión interna son máquinas impulsadas por el combustible quemado dentro de sí mismas. El tipo más común de estos motores es el de pistón reciprocante. Este consiste básicamente de un bloque de metal robusto al cual se le han abierto un número de huecos para formar los cilindros del motor. Cada cilindro contiene un pistón que se mueve hacia arriba y hacia abajo. El pistón hace un ajuste con su cilindro por anillos resortados de metal, conocidos como anillos del pistón, los cuales lo circundan. El combustible es quemado con aire dentro del cilindro para producir gases que

fuerzan el pistón a bajar. El pistón está conectado por una biela a un cigüeñal, de tal forma que el pistón al bajar lo hace girar. Los motores de pistón varían mucho en tamaño. Por un lado tenemos unidades de un solo pistón, pequeñas y livianas que generan menos de un caballo de potencia y son usadas por ejemplo, para mover podadoras de césped y ciclomotores. Por otro lado tenemos motores más grandes de varios cilindros que desarrollan potencias 50.000 veces mayor y son utilizados para mover barcos y equipos de generación eléctrica. En la mitad del rango están las máquinas más familiares para nosotros, las que mueven nuestros vehículos. En estas últimas la potencia y el movimiento del cigüeñal son transmitidos a las ruedas.

Motor de Pistón reciprocante

Motores Más acerca de

EL DISEÑO DE UN MOTOR DE PISTON a mayoría de los motores de pistón, inclu yendo todos los de automóviles, son del tipo de pistón oscilante.

L

En este tipo de motores el pistón está conectado directamente a la biela por un pasador. Este diseño tiene la ventaja de su simplicidad. Sin embargo, debido a las cargas laterales transmitidas desde el cigüeñal, a través de la biela al pistón, se puede presentar desgaste excesivo sobre el pistón y sobre la pared del cilindro.

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Módulo Dos Este problema es minimizado en los motores de tipo de cruceta. Aquí el pistón se fija rígidamente a una cruceta, que a su vez está conectada a la biela. La cruceta se desliza en un cojinete que absorbe las cargas laterales del cigüeñal y de la biela, por lo tanto el pistón no soporta carga lateral alguna. La principal desventaja de este tipo de motor es su tamaño, mucho más grande que un motor de pistón rígido de la misma potencia. Sin embargo, la mayoría de los motores diesel grandes de baja velocidad tales como los motores usados para la propulsión marina y aplicaciones industriales son del tipo de cruceta. Generalmente, un motor de pistón contiene varios cilindros unidos para entregar una potencia balanceada. Una rueda volante pesada unida al cigüeñal también ayuda a suavizar el movimiento. La mayoría de los motores usados en el transporte terrestre tienen cuatro o seis cilindros mientras que los motores usados para aplicaciones marinas e industriales pueden tener hasta veinte cilindros. Estos pueden estar agrupados en línea, como la mayoría de los arreglos presentados en la página anterior, o en dos bancos impulsando un cigüeñal común. Los bancos pueden estar colocados en un ángulo, como en los motores en V o en forma opuesta como en los motores horizontales.

Motor en V

Motores Válvula de Admisión

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Módulo Dos

In yector Válvula de Escape Cá mara de Combustión Anillos del Pistón

Válvula de Admisión

Inyector

Válvula de Escape

Cámara de Combustión

Pistón

Anillos del pistón Pistón

Cilindro

Pasador

Biela

Cilindro

Pasador

Cruceta

Cigueñal

Cojinete Co ntrapeso

Motor Tipo Pistón Oscilante

Biela

Cigüeñal

Contrapeso

Motor de Cruceta

Motores Los pistones también varían según el tipo de combustible que usan. Los primeros motores de combustión interna fueron desarrollados en la mitad del siglo pasado y usaban gas de carbón como combustible. El gas era mezclado con aire en el interior de un cilindro, se comprimía y quemaba con chispa eléctrica. Este método de encendido por chispa fue adoptado en los motores a gasolina desarrollados por Daimler y Benz y utilizado en los primeros automóviles 30 años más tarde. El mismo principio es aún empleado hoy en los motores de combustión modernos. Por la misma época que Daimler y Benz estaban produciendo los precursores de los carros modernos, Rudolf Diesel estaba experimentado con un tipo alternativo de motores de pistón abastecidos con aceite combustible. El diseñó un medio de inyectar un combustible atomizado dentro de los cilindros donde se quemaba directamente cuando entraba en contacto con aire comprimido caliente. Este tipo de motor operando con encendido por compresión era más eficiente que el motor de gasolina, y como generaba presiones mas elevadas, necesitaba ser mucho más robusto. Mas tarde vino a ser conocido como motor diesel. Los primeros motores diesel eran más pesados, ruidosos y menos suaves que los motores de gasolina y su uso estaba restringido a aplicaciones de trabajo pesado en la industria y el transporte. Aunque los motores diesel modernos son más livianos y operan más suavemente, aún se utilizan ampliamente para propósitos similares, tales como generadores de electricidad, locomotoras,

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Módulo Dos camiones pesados, buses y barcos. Sin embargo, se están convirtiendo en una alternativa para los motores a gasolina, por ejemplo en automóviles, ya que consumen un combustible más barato que hace una combustión más eficiente. El aceite combustible liviano usado en los motores diesel es conocido como aceite combustible para motor (ACPM) o combustible diesel. Es una fracción de aceite crudo más pesado que la gasolina, pero mucho más liviano que un aceite lubricante. Válvula de Admisión

In yector Válvula de Escape Cá mara de Combustión Anillos del Pistón Pasador Pistón Cilindro Biela

Cigueñal Co ntrapeso

Cilindro de un Motor Diesel

Motores

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Módulo Dos Válvula de Admisión

Válvula de Escape Cámara de Combustión Bujía Anillos del pistón Pistón Pasador Cilindro Biela

Cigüeñal

Cilindro de un Motor a Gasolina

Motores UNA COMPARACION ENTRE LOS MOTORES A GASOLINA Y DIESEL Desempeño Los motores diesel son generalmente más difíciles de encender en frío y presentan una aceleración más pobre que los motores a gasolina. Ellos tienden a operar a menores velocidades y comparados con los motores a gasolina del mismo cilindraje son incapaces de generar la misma potencia. Los motores diesel también tienen la desventaja de operar con menos suavidad y más ruidosamente que los motores de gasolina especialmente a bajas velocidades y bajo cargas livianas. Costos de Construcción Lo costos de fabricación del motor diesel tienden a ser mayores que los del motor a gasolina,

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Módulo Dos principalmente por su construcción robusta, necesaria para soportar las altas presiones dentro de él. El equipo de inyección de combustible usado en los motores diesel es también más costoso que el carburador simple y que el sistema de arranque eléctrico de un motor convencional de gasolina. Costos de operación Los motores diesel son más económicos de operar que los motores a gasolina. No solo su combustible es más barato que la gasolina, sino que además su combustible es quemado más eficientemente. Además, los motores diesel son más confiables que los motores a gasolina en los que los problemas de ignición son la mayor causa de fallas. La combinación de economía y confiabilidad es la razón principal para el amplio uso de los motores diesel.

Motores COMO TRABAJA UN MOTOR DIESEL Los motores diesel (y también los motores a gasolina) pueden trabajar en un ciclo de cuatro tiempos, produciendo la potencia en uno de los cuatro movimientos del pistón, o en un ciclo de dos tiempos, produciendo potencia cada dos movimientos del pistón. El ciclo de cuatro tiempos es el más ampliamente usado, aunque en Norteamérica los motores de dos tiempos son relativamente comunes.

El motor de cuatro tiempos En el ciclo de cuatro tiempos, el primero, el tiempo de desplazamiento hacia abajo del pistón deja entrar aire dentro del cilindro a través de la válvula de entrada en la cabeza del cilindro (admisión). A medida que el pistón empieza su desplazamiento hacia arriba en su segundo tiempo, la válvula de entrada se cierra y el aire es comprimido en el cilindro (compresión). La relación de compresión del motor, que es la relación entre los volúmenes máximos y mínimos del cilindro, puede llegar a 22:1, con esta relación de compresión, el aire puede alcanzar una temperatura de 700ºC o más. Cuando el pistón llega cerca del tope en su tiempo de compresión, una cantidad medida de combustible es inyectada en el cilindro. El combustible inyectado vaporiza muy rápidamente y se quema en el aire caliente comprimido. Los gases producidos empujan el pistón hacia abajo para su tercer tiempo (de potencia).

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Módulo Dos En el cuarto y último tiempo hacia arriba, una válvula de escape se abre y el pistón fuerza la salida de gases del cilindro (escape). El ciclo se repite constantemente para mantener el motor en funcionamiento.

Motores

Válvula de Admisión

Válvula de Expulsión

Admisión Aire entra al cilindro

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Dos

Válvula de Admisión

Válvula de Expulsión

Compresión Aire comprimido (y ca lentado)

Válvula de Admisión

Válvula de Válvula de Expulsión Admisión

Potencia El combustible Inyectado y Quemado empuja el pistón hacia abajo

Válvula de Expulsión

Escape Los gases quemados salen del Cilindro

Motores OPERACION DE LAS VALVULAS EN UN MOTOR DIESEL DE CUATRO TIEMPOS l mecanismo que abre y cierra las válvulas de entrada y salida es conocido como tren de válvulas.

E

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Módulo Dos controlada por un dispositivo de tiempo operado por el árbol de levas o un sistema de engranajes movido por el motor. Eje de Balancín

Varilla

Balancín

Resorte Válvula

En el motor convencional las válvulas son operadas por un mecanismo accionado por un árbol de levas movido por el cigüeñal. El árbol de levas está normalmente colocado a lo largo del bloque del cilindro, operando los elevadores de las válvulas, las levas al girar mueven los brazos arqueados (balancines) que abren las válvulas. Las válvulas son cerradas por la acción de los resortes. En un arreglo alternativo, las levas en un árbol de levas superior actúan directamente sobre las válvulas operadas con resortes.

Cigueñal

Arbol de Levas Impulsor de Levas

Operación de la válvula

En algunos motores, las válvulas son operadas hidráulicamente. Inyección de combustible El equipo de inyección de combustible de un motor diesel es construido a precisión para descargar, exactamente y en el tiempo correspondiente a un ciclo, cantidades estrictamente medidas de combustible conteniendo góticas del tamaño ideal para una combustión eficiente. El equipo consiste básicamente de una bomba y un inyector para cada cilindro. La descarga de combustible de la bomba a los inyectores es

Inyector de combustible

Motores EL MOTOR DIESEL DE DOS TIEMPOS Un motor diesel de dos tiempos pasa por las mismas etapas de admisión, compresión, potencia y descarga de un motor de cuatro tiempos, pero todo este proceso tiene lugar durante un movimiento hacia arriba y hacia abajo del pistón. Es conveniente empezar la descripción del ciclo de dos tiempos en el punto donde el pistón está cerca del fondo del cilindro. En este momento, las válvulas de descarga en la cabeza del cilindro se abren y las lumbreras de entrada en un

Inyector

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Módulo Dos lado del cilindro quedan descubiertas. Una carga fresca de aire entra a través de las lumbreras y fuerza a los gases quemados a salir del cilindro (barrido de gases y admisión). A medida que el pistón retorna hacia arriba en el cilindro, las válvulas de descarga se cierran y las lumbreras de entrada son cubiertas, atrapando y comprimiendo el aire en el cilindro (compresión). Cerca del tope del tiempo de compresión, el combustible se inyecta en el cilindro y se quema. Los gases formados se expanden y fuerzan el pistón hacia abajo en el tiempo de potencia (potencia). El ciclo se repite sucesivamente.

Válvulas de Escape

Sobrealimentador

Lumbreras de entrada Barrido de Gases y Admisión El aire que entra al cilindro expulsa los gases quemados.

Compresión Aire Comprimido (y caliente)

Potencia El combustible inyectado y quemado para empujar el pistón

Motores Más acerca de

MOTORES DIESEL DE DOS TIEMPOS l motor de dos tiempos descrito anteriormen te que tiene lumbreras de entrada y válvulas de descarga, se conoce como motor de desplazamiento de gases en un solo sentido, ya que el aire y los gases que salen pasan a través del cilindro. En otro tipo de motor de dos tiempos, se tienen compuertas de salida en vez de válvulas. Si estas compuertas de salida están situadas lateralmente en el cilindro, se dice que el motor es de desplazamiento de gases transversal. Si están localizadas en el mismo lado de las compuertas de descarga del cilindro, se dice que el motor es de desplazamiento de gases circular.

E

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Dos dos tiempos, contribuyendo a un bajo consumo de combustible en el primero. Consumo de lubricante Un motor de dos tiempos tenderá a tener mayor consumo de aceite lubricante que el motor de cuatro tiempos. Esto es debido a las altas temperaturas que son generadas durante cada tiempo del ciclo de dos tiempos y esto promueve la degradación del aceite lubricante. En un solo sentido

Transversal

Comparación de los motores de dos y cuatro tiempos Desempeño Los motores de dos tiempos son más compactos que los motores de cuatro tiempos con la misma relación de potencia, dando una mejor relación de potencia de salida por peso. La relación de un motor de cuatro tiempos puede ser incrementada, aumentando su relación de compresión o su velocidad pero estas modificaciones tienden a incrementar los esfuerzos y el desgaste de los componentes del motor. Consumo de Combustible La combustión de un motor de cuatro tiempos es usualmente más eficiente que la de un motor de

Gas de Entrada Barrido de Gases Quemados

Circular

Motores MOTORES TURBOCARGADOS La potencia que puede ser desarrollada por un motor de combustión interna está limitada por la cantidad de combustible que puede ser quemado durante cada ciclo. Es relativamente fácil suplir más combustible a los cilindros pero este combustible extra debe estar igualado por un incremento en el suministro de aire para que sea quemado completamente y eficientemente.

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Dos El motor turbocargado es altamente eficiente. Cuando se le inyecta mas combustible, la energía de los gases de salida se incrementa. Esto inmediatamente aumenta la salida de aire comprimido. Contrariamente, cuando se suministra menos combustible, la salida de aire comprimido disminuye. La salida de aire está ajustada a la demanda del motor en un amplio rango de velocidades.

La sobrecarga es una forma de incrementar la cantidad de aire en los cilindros de un motor, suministrándolo a alta presión, haciendo posible quemar más combustible. El aire para la sobrecarga es suministrado por un soplador o compresor el cual puede ser movido por el mismo motor, por un motor separado o como en el método más frecuentemente usado, una turbina movida por los gases de salida del motor. Este último método de sobrecargar es conocido como turbocarga. En el motor turbocargado, los gases de salida del motor son dirigidos directamente a una turbina de gas. Esta consiste esencialmente de un conjunto de aspas montadas alrededor de un eje. La presión de los gases sobre las aspas fuerzan al eje a rotar. La turbina gira a su vez empujando un compresor montado en el mismo eje, el cual produce aire comprimido y es alimentado a los cilindros del motor, permitiéndole quemar más combustible.

Cómo trabaja un Turbocargador

Motores SISTEMAS DE REFRIGERACION DE UN MOTOR DIESEL Solamente cerca de una cuarta parte de la energía producida por la combustión de combustible en un motor diesel es convertida en potencia. La parte restante es convertida en calor, el cual debe ser rápidamente removido del motor para prevenir el recalentamiento y su fundición. Parte del calor sale del motor en los gases de escape y el calor restante en el motor debe ser disipado por el sistema de refrigeración. La mayoría de motores diesel son enfriados con agua. La cabeza del cilindro y el bloque contienen compartimientos a través de los cuales circula agua y a medida que lo hace absorbe el exceso de calor. El agua caliente pasa a través del radiador donde es enfriada antes de ser recirculada. La refrigeración con aire es mucho más simple que la refrigeración con agua. Los motores diesel enfriados con aire tienen cilindros que están rodeados de unas aletas de refrigeración a lo largo de las cuales el aire es empujado por un soplador. Los motores enfriados por aire tienden a ser más ruidosos que los refrigerados por agua, pero son más compactos y fáciles de mantener. Estos se calientan más rápidamente lo que significa que son menos susceptibles al desgaste corrosivo debido a que hay menos posibilidad de que productos ácidos se depositen sobre las paredes del cilindro como producto de la combustión. También tienen la ventaja que no hay posibilidad de

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Dos congelamiento del refrigerante en climas fríos. Sin embargo, hay un límite en el tamaño del motor industrial que puede ser enfriado económica y satisfactoriamente por aire ya que grandes motores requieren grandes masas de aire para enfriarlos.

Radiador

Termostato

Cilindros

Aire

V entilador

Bomba de

Agua

Chaquetas de

Refrigeración con agua

Agua

Motores

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Dos

SISTEMAS DE LUBRICACION DE MOTORES DIESEL El aceite circulante alrededor del motor diesel ayuda a remover algo del calor de la combustión, pero su principal función es reducir la fricción entre las partes móviles. El aceite lubricante es mantenido en un depósito o cárter, en la parte inferior del motor. Es bombeado desde el cárter, a través de filtros y conductos hacia: Los cojinetes principales (los que soportan el cigüeñal), los balancines en la cabeza del cilindro (que operan las válvulas), las cabezas de biela (donde conectan la biela y el cigüeñal) y el tren de válvulas. En la mayoría de los motores de tamaño pequeño a mediano, los anillos del pistón y las paredes del cilindro son lubricadas por salpique de aceite, por la rotación del cigüeñal. Muchos motores grandes tiene lubricadores separados para cada cilindro, los cuales proporcionan un suministro independiente de aceite para lubricar el movimiento reciprocante de los pistones en los cilindros. Después de este recorrido todo el aceite se devuelve al cárter de donde es recirculado.

Tapón de llenado de Aceite Balancín

Via de retorno del aceite al colector

Vía de distribución de aceite a la cabeza del cilindro

Pistón Galería princip al de aceite Biela Cojinetes de cabeza de biela

Bomba de aceite

Co jinetes Principale s Aceite de Motor

Filtro de aceite principal

Filtro del colector Cole cto r Lubricación del motor diesel

Motores MOTORES DIESEL DE BAJA, MEDIA Y ALTA VELOCIDAD Los motores diesel pueden ser clasificados como de alta, media o baja velocidad Motores de alta velocidad, tales como los usados para transporte terrestre, operan a velocidades de 1250 r.p.m. o más. Requieren combustibles de alta calidad y usualmente trabajan con combustibles altamente refinados con un contenido de azufre bajo. Estos motores pueden ser de aspiración natural (que no son sobrecargados) o sobrecargados, y pueden ser de dos o cuatro tiempos. Tienen cilindros de hasta 250 mm de diámetro y tienen potencias de hasta 200 hp por cilindro. Hay motores multicilindros con salidas de hasta 5000 hp disponibles en el mercado. Los cilindros de motores de alta velocidad son normalmente lubricados por baño de aceite en el cigüeñal y por lubricación forzada en los pistones. Los motores de velocidad media, tales como los usados en la generación de electricidad, son aquellos que operan a una velocidad entre 350 y 1250 r.p.m. Los motores más pequeños en esta categoría casi siempre operan con combustibles destilados de alta calidad. Combustibles un poco más pesados, con alto contenido de azufre, pueden ser usados en motores más grandes. Los motores más nuevos de velocidad media son sobrecargados y generalmente de cuatro tiempos.

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Dos El tamaño de los cilindros y el rango de salida va desde los 225 mm de diámetro, con potencias desde 130 hp por cilindro, hasta 600 mm de diámetro desarrollando 1500 hp por cilindro. Existen grandes motores de velocidad media, en V, que producen potencias de salida superiores a los 30000 hp y poseen más de 20 cilindros. Los motores de velocidad media más pequeños tienen sus cilindros lubricados por salpique del cigüeñal. Los motores más grandes tienen lubricadores separados por cilindro que suministran aceite adicional a las paredes de los cilindros. Los motores de baja velocidad, tales como los usados para mover barcos, operan a velocidades por debajo de 350 r.p.m. Generalmente utilizan combustibles menos refinados que tienen contenidos de azufre de 3% o más. Casi todos los motores de baja velocidad operan en ciclos de dos tiempos. Sus cilindros tienen diámetros que oscilan entre 700 mm y 1060 mm y tiene salidas de potencia para las máquinas más grandes, de 4500 hp por cilindro o de un total de 54000 hp para un motor de 12 cilindros. Estos motores tienen lubricadores separados por cilindro y requieren aceites con alta reserva alcalina para controlar la corrosión de los anillos del pistón y cilindros que sería causada por los ácidos fuertes formados de la combustión de combustibles con alto contenido de azufre.

Motores RESUMEN DE LA SECCION UNO El motor diesel y el motor a gasolina son motores de combustión interna del tipo conocido como de pistón reciprocante. Los motores contienen un número de cilindros en los cuales el combustible es quemado. La expansión de los gases de combustión es usada para empujar los pistones y suministrar así potencia. Los motores diesel son ampliamente usados en la industria y para mover el transporte terrestre, férreo y marino. Son más económicos en uso que los motores a gasolina ya que utilizan un combustible más económico y queman más eficientemente. En el motor diesel el aire entra al cilindro y es comprimido por un pistón y debido a esto se calienta. El combustible es inyectado enseguida. El combustible se quema en contacto con el aire comprimido caliente, los gases producidos empujan el pistón hacia abajo en el cilindro. El pistón está unido al cigüeñal el cual es girado. La mayoría de los motores diesel operan en un ciclo de cuatro tiempos en el cual la potencia es producida en uno de cada cuatro movimientos del pistón. Las etapas de este ciclo son: Admisión (cuando el aire entra al cilindro), compresión (cuando el aire es comprimido y calentado), potencia (cuando el combustible es inyectado y quemado para empujar el pistón hacia abajo) y escape (cuando

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Dos los gases de la combustión son expulsados del cilindro). Los motores diesel de dos tiempos pasan por las mismas etapas de los motores de cuatro tiempos, pero tiene solamente un tiempo de compresión y potencia. La admisión y el escape tienen lugar al final del tiempo de potencia y son ayudados por el barrido del aire introducido al cilindro con un soplador. La potencia que desarrolla un motor diesel puede ser aumentada mediante la sobrecarga, que es el incremento de la cantidad de aire suministrado a los cilindros del motor. El método más frecuentemente usado es el del turbocargado, en donde los gases de escape del motor son usados para mover una turbina que a su vez, opera un compresor que suministra el aire al motor. Hasta tres cuartas partes de la energía producida por el motor diesel es convertida en calor en lugar de potencia. En la mayoría de los motores este calor es disipado por medio de un sistema de refrigeración con agua. Algunos motores más pequeños son refrigerados con aire. La mayoría de las partes móviles de un motor diesel son lubricadas con aceite el cual es bombeado alrededor del motor desde un depósito o cárter de aceite. En algunos motores, el movimiento de los pistones en los cilindros es lubricado mediante el salpicado de aceite desde el cárter.

Motores SECCION DOS LA LUBRICACION DE LOS MOTORES DIESEL Cuando haya estudiado la información clave de esta sección usted será capaz de. Enumerar las funciones más importantes que debe llevar a cabo un lubricante para motores diesel. Explicar el significado de las siguientes propiedades de los lubricantes de motores diesel: Viscosidad. Indice de viscosidad. Propiedades de flujo a bajas temperaturas. Estabilidad a la oxidación. Estabilidad térmica. Resistencia a la corrosión. Propiedades antidesgaste. Detergencia y dispersancia. Resistencia a la formación de espuma. Resumir cómo las anteriores propiedades pueden ser mejoradas en un lubricante para motores diesel. Describir cómo los sistemas API y ACEA (anteriormente CCMC) clasifican las calidades de desempeño de los aceites para motores diesel y explican su significado.

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Dos

Motores LAS FUNCIONES DE LOS LUBRICANTES PARA MOTORES DIESEL Un lubricante para motores diesel está diseñado para prolongar la vida del motor y reducir los costos operacionales. Este lleva a cabo varias funciones: Lubricación: aún el motor más eficientemente lubricado gasta casi el 20% de su potencia de salida en sobrellevar la fricción. La función más importante de un lubricante para motores diesel es por lo tanto reducir la fricción entre las partes móviles a un mínimo absoluto. El lubricante debe ser capaz de proveer una película efectiva entre los anillos del pistón y las camisas del cilindro, entre las superficies móviles en el tren de válvulas, en las conexiones de la biela y los cojinetes del cigüeñal y si es turbocargado también en sus cojinetes. Refrigeración: la mayoría del calor generado por un motor diesel se pierde en los gases de escape y mucho del que queda es transferido al sistema de refrigeración. Sin embargo, casi un 5 al 10% de la energía generada por la combustión de combustible es trasladada al lubricante del motor, el cual, debe ser por lo tanto un refrigerante eficiente. Sellado: presiones de hasta 50 bar, que es 50 veces la presión atmosférica, son generadas en los cilindros durante el tiempo de compresión de algunos motores diesel. Aún, presiones más

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Módulo Dos elevadas por encima de 70 bar, pueden ser alcanzadas durante las etapas iniciales del tiempo de potencia. Con el fin de mantener la potencia, el lubricante debe proveer un sello efectivo entre el pistón y las paredes del cilindro y evitar que haya fuga de gases por este espacio. Proteger contra la corrosión: los productos de la combustión de combustibles pueden ser corrosivos, particularmente a las altas temperaturas generadas en el interior del motor diesel. El lubricante debe ser capaz de prevenir la corrosión de los metales del motor. Mantener la limpieza: el hollín y otros materiales insolubles se pueden acumular en el aceite del motor como resultado de una combustión incompleta de combustible. Contaminantes sólidos se pueden formar como resultado del desgaste y la corrosión. Estas partículas pueden causar desgaste, bloqueo de filtros de aceite y conductos de lubricación y llegar a depositarse en las superficies de trabajo para impedir su libre movimiento. Un aceite para motores diesel debe ayudar a mantener los contaminantes lejos de las superficies lubricadas. Esto se puede hacer manteniendo los contaminantes sólidos en suspensión, impidiendo que se agrupen y se depositen como lodos. Los lubricantes de motores diesel modernos son sustancias complejas. Están basados en aceites minerales altamente refinados y por razones que aclararemos más adelante contienen hasta un 20% en aditivos.

Motores LAS PROPIEDADES REQUERIDAS PARA LUBRICANTES DE MOTORES DIESEL Las funciones de un lubricante para motores diesel se llevan a cabo en un ambiente extremadamente hostil, frecuentemente por períodos prolongados. En un motor trabajando, el aceite en el cárter puede alcanzar temperaturas de hasta 100 ºC y es constantemente agitado y mezclado con aire agua y otros contaminantes. En los anillos del pistón, se espera que el aceite lubrique eficientemente el movimiento deslizante a temperaturas cercanas a los 300 ºC. Cualquier aceite que entra en la cámara de combustión está expuesto a temperaturas, aún, más elevadas. El lubricante también debe soportar las cargas pesadas transportadas por los cojinetes de cabeza de biela, y por las levas y seguidores que regulan la apertura y cierre de las válvulas de entrada y salida. Si un lubricante para motores diesel es apto para desempeñar apropiadamente sus funciones, bajo estas condiciones tan severas, debe poseer las siguientes propiedades. Viscosidad La viscosidad de un aceite para motor, que es su resistencia a fluir, es su propiedad más importante. El aceite debe ser lo suficientemente viscoso para mantener una adecuada película de lubricación a las velocidades, cargas y temperaturas a las que opera el motor. También debe proveer un sello efectivo entre los anillos del pistón y las camisas de los cilindros. De otro lado, el aceite no debe ser tan viscoso que cause arrastre excesivo,

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Módulo Dos reduciendo la potencia de salida e incrementando el consumo de combustible. Indice de viscosidad La viscosidad de un aceite disminuye a medida que la temperatura se incrementa. La medida de este cambio puede ser expresada en términos del índice de viscosidad del aceite, como sé describió en el Módulo Uno. Los aceites que tienen un alto índice de viscosidad muestran menor variación de la viscosidad con la temperatura que aquellos con bajo índice de viscosidad. La mayoría de los aceites para motores diesel multígrados contienen aditivos, conocidos como mejoradores del índice de viscosidad, los cuales incrementan su índice de viscosidad. Estos aceites son lo suficientemente delgados a bajas temperaturas para minimizar el arrastre viscoso cuando se arranca en frío. Al mismo tiempo, son los suficientemente viscosos a las temperaturas de operación del motor para proporcionar una película de aceite que da una efectiva lubricación y sellado. Sin embargo, este tipo de aditivo puede deteriorarse debido al efecto de cizallamiento o trituración, que sufre en las pequeñísimas holguras de los cojinetes del motor y que puede romper las moléculas grandes del aditivo, desmenuzándolo. Cuando estos aditivos se deterioran, la viscosidad del aceite varía más con la temperatura.

Motores

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Dos

Grueso

Viscosidad

Alto Alto Indice Indice de de Viscosidad Viscosidad (HVI) Aceite (VI (HVI) Aceite (VI 30 >30 >35 >35 >25 >25 >30 >30 >40 >40 >50 >60 >40 >50 >60 >60 40 >50

26 >34 >34 >45 >45 >30 >30 >40 >50

Según norma ICONTEC 1465 Según norma ICONTEC 1465

Límites de aceptación después de regenerar

Después de llenar y antes de energizar

>30

>30 >30 >35 >35 >26-30 >26-30 >26-30 >26-30

>26

0,5 >0,4

60

ACEITES REGENERADOS

GRUPO III por regenerar

60 0,50 0,25

150

Su valor, poco importante para un aceite nuevo, aumenta como consecuencia del envejecimiento por oxidación y es utilizado como guía general para establecer el momento preciso para reemplazarlo o regenerarlo, siempre que se hayan establecido los límites de rechazo y que otros ensayos lo confirmen. El número de neutralización de un aceite nuevo no debería exceder 0.025 mgKOH/g. Aceites con valores de TAN del orden de 0.5 mgKOH/g son considerados inaceptables para el servicio. Es importante aclarar que un TAN bajo no descarta la presencia de contaminantes en el aceite, ya que puede tratarse de un material de tipo alcalino. Un caso encontrado con alguna frecuencia es la contaminación del aceite con silicato de sodio, que es un material empleado por los fabricantes de transformadores en el aislamiento. Rigidez Dieléctrica La tensión de ruptura es importante como una medida de la aptitud de un aceite para resistir los esfuerzos eléctricos. Un aceite seco y limpio se caracteriza por una tensión de ruptura alta. El valor alcanzado en la prueba de tensión de ruptura o rigidez dieléctrica dependerá casi exclusiva-

Módulo Nueve mente de la cantidad de contaminantes tales como el agua, partículas conductoras, lodos, polvo, y gases disueltos contenidos en el aceite; los cuales reducen severamente esta propiedad. La rigidez dieléctrica disminuye con los aumentos de la temperatura del aceite, por lo cual, para efectos de control, se especifica una temperatura de 20oC para la realización de esta prueba. La gráfica ilustra la variación de la tensión de ruptura con el contenido de humedad. 100 90 80 70

Kv

Número de Neutralización El índice de neutralización de un aceite es una medida de la mayor o menor cantidad de ácidos que se han formado en el aceite durante el tiempo en que ha permanecido en servicio.

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

TENSION DE RUPTURA 20ºC,

Aceites para transformadores

60 50 40

30

20

10

5

15

20

25

30

35

CONTENIDO DE AGUA, PPM.

40

45

Factor de Potencia Es una prueba muy aceptada en las evaluaciones periódicas de aceites dieléctricos. El factor de potencia de un aceite nuevo no debería exceder de 0.05% a 25oC. Un valor alto en un aceite usado indica deterioro y contaminación con carbón, barnices, sodio, glicol, u otras materias conductoras. La gráfica PFVO aplicable, exclusivamente, para

Aceites para transformadores aceites no inhibidos es útil para evaluar la continuidad en servicio de un aceite, de acuerdo con su factor de potencia y el tiempo de oxidación.

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Nueve Para aceites con índices de color por encima de 4 se requiere la realización de pruebas adicionales tendientes a determinar si su condición es peligrosa para continuar en operación

Factor de potencia (% ) 5 3 COLOR ASTM D-1500

4 3 Area de aceptación 2

1

2

1

0 0

20

40

60

80

100

120

140

Horas de Oxidación

0 0

Color y Aspecto El color de un aceite aislante está determinado por la luz transmitida y está expresado por un número obtenido de su comparación con una serie de colores normalizados o estandarizados. El color de un aceite nuevo es generalmente aceptado como un indicador de su grado de refinación. Un cambio en el color del aceite en servicio indica contaminación o deterioro. Además del color, el aspecto visual de un aceite puede poner en evidencia turbulencias y sedimentos, lo que puede indicar la presencia de agua libre, lodos insolubles, carbón, polvo, fibras, etc.

2

4

6 8 AÑOS DE SERVICIO

10

12

Análisis de gases disueltos Este tipo de prueba se estudiará ampliamente en la siguiente sección de este módulo; Diagnóstico de fallas en transformadores. La tabla de la página siguiente muestra los parámetros de tolerancia en los resultados de las pruebas.

Aceites para transformadores

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Nueve

PARAMETROS DE TOLERANCIA EN LOS RESULTADOS DE LAS INSPECCIONES Voltaje de operación kV CARACTERISTICAS

36

37-170

171-300

300

Número de neutralización: mgKOH, ASTM D974 Aceite no inhibido, Máx.

0,5

0,4

0,4

0,3

Aceite inhibido, Máx.

0,05

0,05

0,05

0,05

Aceite no inhibido; Min.

12

15

15

15

aceite inhibido, Mon

20

20

20

20

25

30

35

40

0,35

0,30

0,25

0,20

40

35

30

25

0,1

0,1

0,1

0,1

Tensión interfacial: dinas/cm, ASTM D971

Constante dieléctrico: kV, ASTM D877 Ambos aceites, Min. Factor de potencia: 60Hz/100oC, ASTM D924 Ambos aceites, Máx. Contenido de agua: ppm, ASTM D1315 Ambos aceites, Máx. Contenido inhibidor: peso %, ASTM D2668 Aceite inhibido, Min. Contenido de lodo: visual* Ambos aceites

Negativo

* Vierta 50 ml.aproximadamente de aceite en un vaso de precipitado (baker) de igual capacidad, cúbralo con un vidrio de reloj y déjelo reposar por 24 horas. Observe si hay sedimento en el fondo, en caso contrario reporte el resultado negativo.

Aceites para transformadores CLASIFICACION DE LOS ACEITES EN SERVICIO

Es importante establecer guías estrictas e inmutables para evaluar los aceites en servicio o para recomendar los valores límites de ensayos que correspondan a todas las utilizaciones posibles de los aceites aislantes en servicio. De acuerdo con la experiencia industrial actual, los aceites en uso pueden ser posicionados según una clasificación basada en la evaluación de las propiedades más significativas y/o sobre la posibilidad de restituirles las características deseadas como sigue: Grupo 1: Este grupo comprende los aceites cuyo estado característico es satisfactorio para continuar en servicio. Los aceites cuyas propiedades sé sitúan en los límites fijados en la tabla Guía de Valores Límites, para la categoría del equipo apropiado, se consideran pertenecientes a este grupo. Se sobrentiende que estos límites son solamente indicativos. Con excepción de la tensión de ruptura dieléctrica, el hecho de que una o varias de las propiedades se sitúen fuera de los límites indicados no requiere una acción inmediata, aunque, a un término más largo, esta situación pudiera ocasionar una degradación acelerada y una reducción de la duración del equipo. En cuanto a la interpretación de los resultados, diferentes factores deben ser tomados en consideración, tales como: las condiciones de servicio, la edad del equipo y la evolución de las características de los aceites.

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Módulo Nueve Grupo 2: Este grupo comprende los aceites que necesitan solamente un tratamiento de reacondicionamiento que permita su utilización posterior. Un contenido alto de agua y una tensión de ruptura dieléctrica baja, indican generalmente esta necesidad; siempre y cuando todos los otros criterios sean aún satisfactorios. El aceite puede tener un aspecto turbio o sucio. El tratamiento apropiado consiste en eliminar por medios mecánicos el agua y las materias insolubles. El tratamiento debe ser tal que los valores alcanzados para el contenido de agua y la tensión de ruptura se acerquen a aquellos dados en la tabla Guía Valores Límites, cuando sea aplicable. Sin embargo, se debe tener en cuenta que un exceso de agua en el aceite puede ser el indicio de que el aislamiento sólido está en malas condiciones y que necesita medidas correctivas. Grupo 3: Este grupo comprende los aceites en mal estado, cuyas propiedades no pueden ser restauradas a un nivel satisfactorio sino después de una regeneración. Este estado será generalmente puesto en evidencia por la presencia de depósitos precipitables, de lodos insolubles y por los valores del índice de neutralización y/o el factor de disipación dieléctrica superiores a aquellos dados en la tabla Guía de Valores Límites.

Aceites para transformadores

Los aceites pertenecientes a este grupo deben ser regenerados o bien, reemplazados, dependiendo de consideraciones económicas. Grupo 4: Este grupo comprende los aceites de calidad tan mala que se aconseja descartarlos, lo que corresponde a muchas propiedades insatisfactorias.

Otro forma de clasificar los aceites dieléctricos en servicio es por medio del índice de calidad o índice Myers, que relaciona la tensión interfacial del aceite con el número de neutralización del mismo.

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Módulo Nueve

Aceites para transformadores

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CLASIFICACION DE LOS ACEITES EN FUNCION DEL N.N. Y T.I.F.

40

Franja fuera de lodos

Aceite bueno

35

Aceite aceptable

30

Aceite marginal 25

Tensión interfacial DINAS / cm

Aceite malo Aceite muy malo Aceite extremadamente malo Aceite para desechar

20

15

10

5 0 0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Número de neutralización mg KOH / gm aceite

Indice de calidad =

Tensión interfacial Número de neutralización

1,4

1,6

Aceites para transformadores

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GUIA PARA EVALUAR ACEITES PARA TRANSFORMADORES CHART TO EVALUATE TRANSFORMER OILS 2 2 TENSION INTERFACIAL 25ºC, d/cm -INTERFACIAL TENSION 25ºC, d/cm

45 40 EXCELENTE EXCELENT

35 30

25

BUENO GOOD ACEPTABLE ACCETABLE

20

MARGINAL MARGINAL

15

MALO BAD

10

MUY MALO VERY BAD

5

MALISIMO EXTREMELY BAD 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

No. DE NEUTRALIZACION, mg. KOH/g - NEUTRALIZATION NUMBER, mg. KOH/g

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CLASIFICACION DE LOS ACEITES SEGUN EL INDICE DE CALIDAD

1

Aceite bueno NN 0.00 a 0.10 - TIF 30.0 a 45.0 Amarillo claro

Indice de calidad: 300 a 1.500 o más

2

Aceite a ser tenido en observación NN 0.05 a 0.10 - TIF 27.1 a 29.9 Amarillo

Indice de calidad: 271 a 600

3

Aceite marginal NN 0.11 a 0.15 - TIF 24.0 a 27.0 Amarillo oscuro

Indice de calidad: 160 a 318

4

Aceite malo NN 0.16 a 0.40 - TIF 18.0 a 23.90 Ambar

Indice de calidad: 45 a 159

5

Aceite muy malo NN 0.41 a 0.65 - TIF 9.0 a 17.9 Café

Indice de calidad: 22 a 44

6

Aceite extremadamente malo NN 0.66 a 1.50 - TIF 9.0 a 13.9 Café oscuro

Indice de calidad: 6 a 21

7

Aceite en condición pésima NN1.51 o más negro

Aceites para transformadores

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APLICACION DE LA CLASIFICACION DE LOS AGENTES DIELECTRICOS PARA TRANSFORMADORES TENSION INTERFACIAL dinas/cm

No DE NEUTRALIZACION mg/KOH/ggm

COLOR

RIGIDEZ DIELECTRICA KV

INDICE DE MYERS

30 - 45

0.03 - 0.10

Bueno 0 - 0.5

30 y Superior

300 - 1.500

27 - 29

0.05 - 0.10

Aceptable 0.5 -1.0

25 - 30

271 - 600

Acidos grasos cubren las bobinas. Lodos en suspensión listos a iniciar concentraciones. Alta probabilidad de lodos en las fisuras del aislamiento.

24 - 27

0.11 - 0.15

Marginal 1.0 -1.5

22 -25

160 - 318

En casi un 100% de los transformadores en este rango se han formado depósitos de lodos sobre las bobinas y núcleo. LODOS SE DEPOSITAN PRIMERO EN LAS AREAS DE REFRIGERACION.

18 - 24

0.16 - 0.40

Malo 1.5 -2.5

45 -159

Análisis anual del aceite. Desencubada del transformador. Lavada con aceite nuevo y caliente parte activa y tanque. Filtrado del aceite con unidad especial.

5

Sedimentos depositados continúan oxidándose y endureciéndose. EL AISLAMIENTO SE ESTA CONTRAYENDO. Alta probabilidad de falla prematura.

14- 18

0.41 - 0.65

Muy malo 2.5 - 3.5

22 - 44

Análisis anual del aceite. Desncubada del transformador. Proceso similar al (4) usando unidad especial para filtrado adicionándole tierra de fuller.

6

Sedimentos aíslan áreas de refrigeración y ductos causando incrementos de temperatura de operación.

9 - 14

0.66 - 1.50

Extremadamente malo 3.5 - 4.0

6 - 21

7

Gran cantidad de sedimentos. Requiere procesos especiales.

6-9

1.5 y Superior

Aceites para dar de baja 4.5 - Sup.

1.51 ó más

OBSERVACIONES

1 2 3

4

El aceite está cumpliendo con las siguientes funciones: a. Refrigeración eficiente b. Agente dieléctrico.

Componentes polares (lodos) en solución (producto de la oxidación del aceite) causan bajas en la tensión interfacial.

ACCION A TOMAR

Análisis anual del aceite a fin de evaluar funcionamientos y establecer tendencias.

Análisis anual del aceite. Establecer programa de mantenimiento preventivo Análisis anual del aceite. Aceite requiere tratamiento con filtro prensa especial (ver nota), para detener deterioramiento rápido del aislamiento

Análisis anual del aceite. Procedimiento similar al anterior. Posible cambio de aceite. Análisis anual del aceite. Proceso similar al (4), cambio de aceite. Proceso de filtrado con unidad especial. Aislamientos deteriorados. Se recomienda en pensar en un futuro cercano cambio del transformador

Nota Importante: El aceite caliente actúa como un solvente fuerte para disolver sus productos sólidos que están descompuestos. Por esa razón las unidades para el filtrado deben ser de procesos cerrados, es decir, que calienten el aceite (aprox. 80°C) y los degasifiquen (aprox. 0.1 Torr). Equipos de sólo papel y abiertos son obsoletos

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Indice Myers = TIF/NN TIF: Tensión Interfacial

NN : Número de neutralización El índice de myers se debe tomar como simple referencia informativa ya que este procedimiento está siendo cuestionado por no ampliarse en algunos casos, tales como en aceites dieléctricos que tienen un valor alto de índice myers y presentan valores bajos de tensión interfacial. Esta situación obedece a que el número de neutralización puede ser bajo aunque el aceite tenga presencia excesiva de lodos neutros, que afectan significativamente la tensión interfacial.

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Módulo Nueve

Aceites para transformadores DIAGNOSTICO DE FALLAS EN TRANSFORMADORES

El sistema dieléctrico de un transformador está integrado por el conjunto de materiales que separan y/o soportan las partes metálicas energizadas del equipo y en el cual se pueden distinguir dos tipos de aislamiento: a. El aislamiento líquido o aceite para transformadores. b. El aislamiento sólido que está integrado por papel aislante, madera, aisladores de cerámica, baquelitas, resinas, etc. Las deficiencias que presenta el sistema aislante de un transformador se pueden medir en su justa dimensión cuando se analizan los efectos originados por la presencia del agua, el sobrecalentamiento del equipo y la sobrecarga eléctrica en los diferentes medios o materiales aislantes utilizados.

Efectos del agua sobre el sistema aislante de los transformadores Como ya se ha visto, el agua presente en un transformador puede provenir de una o más de las siguientes fuentes: - La humedad residual contenida en el sistema aislante luego del secado del transformador. - La humedad absorbida por el aceite desde la atmósfera con la cual está en contacto.

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Módulo Nueve - El agua que se produce durante las reacciones de oxidación del aceite dieléctrico y la celulosa del papel aislante (efecto de pirólisis). Las características más sobresalientes del agua son: - Es un compuesto polar y, en consecuencia, conduce la corriente eléctrica. - Es un elemento fuertemente electropositivo, por tanto es atraída hacia los polos negativos; de modo que cuando el agua se encuentra presente en el aceite de un transformador tiende a concentrarse en el área energizada del equipo. - El agua es el solvente universal por excelencia y disuelve en mayor o menor grado a casi todos los elementos o compuestos conocidos, los cuales al estar disueltos en el agua la hacen más conductora de la electricidad. - El agua es un catalizador activo para un gran número de reacciones químicas, por ello su presencia en el aceite y en la celulosa del papel y la madera, contribuye a oxidar y degradar dichos materiales. - El agua es por sí sola una substancia corrosiva frente a la mayoría de los metales, y en especial de las aleaciones ferrosas presentes en los núcleos, tambores y radiadores de los transformadores. Su acción corrosiva aumenta considerablemente cuando se combina con los ácidos generados por la oxidación del aceite.

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Módulo Nueve

La corrosividad del agua es mayor cuando se encuentra en estado líquido, por lo cual su efecto es más evidente en los radiadores de los transformadores, en los cuales se condensa por efecto de la disminución de la temperatura.

Ahora bien, el agua suspendida es mucho más conductora que el agua disuelta, por tanto un aceite de transformador que contiene agua suspendida siempre mostrará una muy baja rigidez dieléctrica.

Es clave reseñar ahora las diferentes formas en que el agua puede encontrarse en el transformador:

- Depositada en el fondo del transformador, cuando en el aceite se suceden cambios alternos de temperatura, subidas y bajadas considerables en forma periódica, y mientras el aceite está en contacto con la atmósfera, es posible que el aceite absorba agua, que luego se condensa para finalmente ser depositada en el fondo del transformador. El agua allí depositada no tiene mayores efectos inmediatos en el comportamiento o eficiencia del transformador, no obstante su presencia oxida la caja del transformador, contribuye a la degradación del aceite y propicia el crecimiento de bacterias que aceleran los procesos antes mencionados.

- Disuelta en el seno del aceite, es bien conocida la frase “agua y aceite no se mezclan”. Sin embargo, se sabe que el aceite de transformador disuelve pequeñas cantidades de agua dependiendo de la temperatura a la cual se encuentra sometido. Este contenido de agua se puede disminuir considerablemente mediante métodos apropiados de secado, pero es técnicamente imposible obtener un aceite para transformador completamente seco o libre de agua. Cabe indicar que el efecto del agua disuelta en el aceite, sobre la conductividad de éste, es relativamente moderado cuando se le compara con el efecto que tiene el agua suspendida en el aceite. - Suspendida en el aceite, cuando un aceite para transformador se encuentra saturado de agua a una cierta temperatura y se le enfría hasta una temperatura marcadamente menor, el exceso de agua que contenía a la temperatura mayor, se condensa y queda suspendida en el seno del aceite en forma de pequeñas góticas. Si la temperatura sigue bajando, esas góticas aumentan de tamaño, se unen entre sí y finalmente se precipitan hasta el fondo del recipiente que contiene el aceite.

- Asociada a los ácidos derivados de la descomposición del aceite, los ácidos que se forman por la degradación natural del aceite contienen grupos polares electronegativos que ejercen una gran atracción hacia el agua que posee grupos polares electropositivos. Pues bien, este efecto de atracción hace que una conside-rable cantidad de agua permanezca suspendida o asociada a dichos ácidos. Esta mezcla agua-ácidos es buena conductora de electricidad y por ello su presencia en el aceite baja la rigidez dieléctrica.

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Debido a esa propiedad de la celulosa es que se utiliza en los filtro-prensas, uno de los procesos de secado del aceite para transformadores. Se ha comprobado que la celulosa tiene una afinidad por el agua que es entre 600 a 800 veces mayor que la del aceite. Esto significa que en las condiciones de equilibrio entre el contenido de humedad de la celulosa y del aceite para transformadores, el 99.75% de la humedad total del sistema estará contenida en la celulosa y sólo el 0.25% en el aceite. La figura ilustra esa condición de equilibrio, en función de la temperatura, y nos indica cómo es posible tener un transformador con una apreciable cantidad de agua mientras su aceite se presenta relativamente seco y con una aceptable rigidez dieléctrica. Todos estos hechos hay que tenerlos muy en cuenta para una correcta interpretación de los resultados de la prueba de constante o rigidez dieléctrica del aceite con el chispómetro ya que no son suficientes ni concluyentes para determinar el estado del transformador, ni siquiera el del aceite. Conviene recordar que las especificaciones de los aceites dieléctricos limitan el contenido de agua en el aceite nuevo a un máximo de 30 a 35 partes por millón (ppm) en peso, en tanto que las especificaciones del papel aislante utilizado en los

Módulo Nueve CONTENIDO DE AGUA EN LA CELULOSA, PESO%

- Ocluida o absorbida en la celulosa del papel y la madera, el papel secante (celulosa) tiene excelentes propiedades absorbentes/adsorbentes frente al agua o soluciones acuosas.

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Contenido de agua en el aceite 6

20 PPM

5 4

10 PPM

3 5 PPM

2 1 0

10

20

30

40 50 60 Temperatura, °C

70

80

90

transformadores de potencia admiten contenidos de agua hasta de 8.0% en peso.

Efectos del sobrecalentamineto sobre los elementos del sistema aislante del transformador Tanto los hidrocarburos, componentes de los aceites aislantes, como la celulosa, presente en el papel aislante, sufren un proceso lento de descomposición cuando se encuentran en contacto con el agua y con los agentes atmosféricos: oxígeno y luz solar; pero la forma en que se sucede la descomposición varía considerablemente en ambos materiales. Pues bien, lo que realmente nos interesa para el tema que nos ocupa es la composición de los gases que se forman durante esos procesos de

Aceites para transformadores

descomposición, ya que así es posible compararla con la de los gases que se forman durante las operaciones normales y anormales de los transformadores.

Resulta interesante indicar que en un aceite para transformadores sometido a sobrecalentamiento (temperaturas superiores a 500oC) sin ser sometido a esfuerzos o tensiones eléctricas de ninguna clase, se observó desprendimiento de gases, cuyos análisis arrojaron la presencia en cantidades apreciables de etileno, etano, metano y acetileno. Las moderadas y altas temperaturas que se generan en las operaciones anormales y/o durante los períodos de sobrecarga de los transformadores también causan descomposición o pirólisis en la celulosa de la cual se compone el papel aislante incluido en dichos equipos. El mecanismo de esas reacciones es poco conocido, pero si es muy claro que los gases productos de esas reacciones son: hidrógeno, monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2), cuando se realiza en un medio no oxidante, aislado de la atmósfera, como lo es el interior de un transformador.

Efecto de la sobrecarga eléctrica sobre los elementos del sistema aislante del transformador El efecto de la sobrecarga eléctrica en la celulosa es aparentemente insignificante. No obstante, la

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Módulo Nueve sobrecarga eléctrica por sí sola, aún a temperaturas normalmente bajas, si puede producir efectos característicos en los aceites dieléctricos. Los gases formados en el seno del aceite cuando en él ocurre una descarga eléctrica son completamente diferentes a los vapores emitidos por el aceite cuando se calienta y de los resultantes de la descomposición térmica de las moléculas de hidrocarburos. El análisis de esos gases muestra la composición que se indica en el cuadro siguiente, en volumen por ciento. Se observa la presencia predominante de hidrógeno, monóxido de carbono y nitrógeno. El oxígeno y el nitrógeno demuestran la presencia de aire ocluido en el seno del aceite. En vista de que el hidrógeno es explosivo en el aire, dentro del rango del 10 y 66%, es latente el peligro de una explosión producida por la ignición en la atmósfera de los gases provenientes de la descomposición del aceite.

Gases Dióxido de carbono Hidrocarburos pesados Oxígeno Monóxido de carbono Hidrógeno Nitrógeno Metano

Volumen % 1.17 4.86 0.36 19.21 59.10 10.10 4.20

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Efecto Corona Si se establece una diferencia de potencial entre dos conductores paralelos o concéntricos y posteriormente se aumenta esa diferencia de potencial, llegará un momento en que se producirá un ruido o silbido que se hará más intenso a medida que aumenta la diferencia de potencial.

Si se observa a los conductores en un recinto suficientemente oscuro se notará un halo fosforescente alrededor de estos conductores. Al mismo tiempo se percibirá un olor característico de ozono. Estos efectos son debidos a la ionización del aire presente en la cercanía de los conductores, lo cual origina una disminución considerable de la resistividad dieléctrica de los gases que lo forman: nitrógeno y oxígeno, principalmente. Los factores que favorecen la formación del efecto corona son entre otros: una disminución de la presión barométrica decrece a su vez la densidad del aire y reduce el voltaje al cual se inicia el efecto. Un aumento de la temperatura del aire (o del gas) disminuye también su densidad. Por otra parte el polvo, la humedad y otras impurezas disminuyen el voltaje al cual se inicia el efecto corona. Vale la pena aclarar que el aceite para transformador puede contener, en condiciones de equilibrio de saturación, entre 8 y 12% de aire, a temperatura ambiente. Conviene resaltar que al igual que el aire que se encuentra en la cercanía de los conductores sometidos a elevados voltajes, los gases que se forman durante las operaciones de los

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Módulo Nueve transformadores también se ionizan por el efecto corona. Chispas y Arco Eléctrico El efecto corona se inicia en la superficie misma del conductor. Cuando el voltaje aumenta, el efecto corona se va extendiendo más y más hacia el exterior y llega a tomar la forma de unas cerdas de una brocha orientadas hacia los conductores. Finalmente, si el voltaje crece suficientemente, la ionización del aire se hace tan intensa que hace colapsar su resistividad dieléctrica y entonces se produce una descarga o chispa entre los conductores; que en condiciones atmosféricas normales se estima en 30 Kv/cm. Por la presencia del efecto corona en los transformadores hay formación de óxidos de nitrógeno y óxidos de carbono (CO y CO2). Las descargas eléctricas originan ozono y amoniaco.

Efectos combinados de la presencia del agua, el sobrecalentamiento y la energía eléctrica sobre el sistema aislante de un transformador La presencia por separado de cada uno de los factores antes mencionados es imposible que se dé en la operación de un transformador, ya que unos se generan por la acción de los otros o al menos adquieren intensidad como consecuencia de esa acción. Por lo tanto, se puede afirmar que como resultado de las interelaciones de esos factores se originan una serie de fenómenos que pueden

Aceites para transformadores afectar severamente la condición normal de funcionamiento de un transformador. Entre esos fenómenos es importante destacar los siguientes:

- Pérdidas de corriente a través del sistema aislante debido a la presencia de agua, las cuales se miden por el factor de potencia del sistema aislante. - Lonización de los gases presentes en el transformador, debido al efecto corona, y con esto la consecuente formación de óxidos de nitrógeno que, al combinarse con el agua, producen ácidos nitroso y nítrico que son fuertemente corrosivos.

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Módulo Nueve - Explosión del transformador como consecuencia de la sobrepresión generada por la formación y/o combustión de gases combustibles. - Incendio del transformador como consecuencia de la presencia, en forma simultánea, de gases combustibles, altas temperaturas y fuentes de ignición. La interelación existente entre estos factores y los fenómenos producidos se ilustran en la figura siguiente.

SOBRECALEN TAMIENTO

- Chispas entre conductores, como consecuencia de la disminución de la resistencia dieléctrica del material que los separa, lo cual a su vez es debido al efecto combinado de la ionización de los gases y la presencia de agua en el sistema. - Arco eléctrico entre conductores, como consecuencia de la disminución de la resistividad dieléctrica de los componentes del sistema aislante. - Sobrecalentamiento localizado como consecuencia del contacto defectuoso entre componentes energizados, de las chispas y/o arco eléctrico. - Producción de gases combustibles como consecuencia de la descomposición del aceite aislante y la celulosa del papel.

DESCOMP. ACEITE Y CELULOSA

PRODUC. HIDROGENO ARCO ELECTRONICO

PRODC. GASES COMBUST. PRESENCIA DEL AGUA

CHISPAS

EFECTO CORONA

SOBRECARGA ELECTRICA

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No obstante, la necesidad evidente de minimizar el efecto o influencia de cada uno de los factores, la tendencia en el diseño de transformadores ha sido reducir el tamaño de los equipos, con el consiguiente uso de menor cantidad de aceite. Si recordamos que, la principal función de un aceite dieléctrico es la refrigeración, al disminuir su volumen se aumenta la probabilidad de recalentamiento del transformador. Lo anterior, combinado con la práctica indeseable de sobrecargar los equipos, por encima de su capacidad de diseño, acorta irremediablemente la vida útil de los transformadores.

Observando nuevamente el triángulo de causas y efectos mostrado en la figura, que sirve de base para el análisis de las fallas del sistema dieléctrico o aislante de un transformador, se puede concluir que existen dos síntomas muy importantes que indican que algún problema se gesta dentro del equipo y que pueden medirse con precisión sin que sea puesto fuera de servicio. Esos síntomas son: a. El recalentamiento del equipo. b. La producción de gases dentro del mismo. El primer síntoma es fácilmente detectable con sólo ver los indicadores de temperatura instalados en el equipo y el segundo, aunque más complejo de evaluar se soporta en el análisis de los posibles gases disueltos en el aceite aislante y/o los acumulados en el espacio libre en la parte superior de la carcaza del transformador.

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Módulo Nueve El sobrecalentamiento de un transformador es un síntoma que no necesariamente indica que algún problema se está gestando en el equipo, pues una sobrecarga temporal puede ser la causa del recalentamiento. Lo que realmente debe preocupar son los aumentos de temperatura permanentes y continuados, ya que ello puede indicar algún “punto caliente” dentro del equipo, más conocido como “sobrecalentamiento localizado”. En algunas circunstancias se utilizan detectores o analizadores de rayos infrarrojos para detectar puntos calientes en un transformador sin sacarlo de servicio. Ya se ha visto como el sobrecalentamiento y la presencia de agua en el transformador aceleran la descomposición del aceite dieléctrico y de la celulosa, con la consiguiente producción de gases, la mayoría de ellos combustibles. El mecanismo de descomposición de los hidrocarburos, componentes del aceite, se ilustra en la figura siguiente. H2

Efecto Corona

CH4 C2H6 C3H8

Chispas

CH3 H H H H H H H H H H H

H C C C C C C C C C C C C H H H H H H H H H H H CH3 C2H5

Calentamiento

Arco Eléctrico

C2H4 C3H6

C2 H2

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Módulo Nueve dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y monóxido de carbono (CO). El proceso de descomposición de la celulosa es normalmente activado por la acción bacterial, así como también por la presencia de altas temperaturas.

Nótese que el efecto corona es, aparentemente, el responsable de la presencia de hidrógeno en los gases combustibles que se producen en el transformador. De igual forma se estima que los puntos o zonas calientes producidas por las chispas esporádicas son las que conducen a la formación de metano, etano y propano. Además, cuando hay arco eléctrico entre los conductores o entre estos y la carcaza del transformador, se produce acetileno.

En los transformadores de potencia, la alta temperatura es sin duda la causa fundamental de la descomposición de la celulosa, ya que el aceite aislante en el transformador es un medio anaeróbico y menos propicio para el crecimiento bacterial. El mecanismo de la reacción de descomposición de la celulosa se ilustra en la figura.

Simultáneamente, con la descomposición del aislante líquido, puede existir descomposición del aislante sólido. La celulosa reacciona para producir

CO C2H5

H

C

O H H

OH C

H C

O OH

C OH

C

C

CH2OH

OH C

H H

O H

C

CO2

H

C

O

CH2OH

H2O

H

C

H

C H

O

C

O H H

O C H

H C

H

O

C OH

Aceites para transformadores CROMATOGRAFIA DE GASES

La cromatografía de gases es una técnica empleada con bastante éxito para el diagnóstico predictivo de fallas en los transformadores. Esta técnica se ha soportado en el estudio de casos con transformadores que han fallado, transformadores con fallas incipientes, simulaciones de laboratorio y modelos estadísticos, que han conducido a establecer correlaciones entre el tipo de falla y los gases generados en los transformadores, asociados a dicha falla. La interpretación de los resultados de un análisis cromatográfico no es un asunto sencillo, pues requiere la integración de numerosos criterios. Algunos autores califican de arte el manejo adecuado de la información cromatográfica, pues se puede cometer el error de sacar de servicio una unidad que se presume tiene indicios de falla, y comprobar posteriormente que dicha situación no existía, o dejar en funcionamiento un equipo que va camino hacia la falla.

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Módulo Nueve de hidrocarburos en el aceite, debido a la presencia de alguna falla de tipo térmico o eléctrico. Los gases producidos por este rompimiento pueden ser detectados y analizados en una muestra de aceite. De esta manera fallas como la ionización, arco eléctrico, sobrecalentamiento y pirólisis de la celulosa pueden ser detectadas con anterioridad a otros síntomas. Con base en lo anterior, los principales objetivos del uso de esta técnica son: - Monitorear los transformadores en servicio y obtener un aviso anticipado de una falla. - Supervisar una unidad en operación que se presume tiene una falla incipiente hasta sacarla de servicio para su reparación o reemplazo. - Indicar la naturaleza y localización de la falla. - Asegurarse que un transformador recientemente adquirido no presente ningún tipo de falla durante el período de garantía.

Sin embargo, aquí se exponen algunos de los criterios más útiles y prácticos, los cuales pueden ser de mucha utilidad en un momento dado, acudiendo en casos de necesidad a los expertos en la materia para aclarar cualquier situación, o tomar la más acertada decisión en una determinada condición particular.

- Tipos de Gases que se analizan, los principales gases disueltos que se consideran en un análisis cromatográfico son:

- Objetivos de una cromatografía de gases disueltos, la utilización del análisis de gases disueltos se basa en el rompimiento de las moléculas

Hidrógeno

: H2

Oxígeno + Argón

: O2 + A

Nitrógeno

: N2

Monóxido de Carbono : CO

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Metano

: CH4

: CO2

Dióxido de carbono Etileno

: C2H4

Etano

: C2H6

Acetileno

: C2H2

La unidad de medida son las partes por millón (ppm), o sea un (1) centímetro cúbico de gas disuelto en 104 centímetros cúbicos de aceite. Aunque algunos autores tienen en consideración aspectos tales como el tipo de transformador, el volumen de aceite, etc., se han establecido algunos límites o niveles de seguridad aceptables, los cuales se resumen en la tabla que a continuación se presenta.

LIMITES PERMISIBLES DE CONCENTRACION DE GASES DISUELTOS GAS CONCENTRACION DISUELTA (PPM) H2

Menos de 20N + 50

CH4

Menos de 20N + 50

C2H6 Menos de 20N + 50 C2H4 Menos de 20N +50 C2H2 Menos de 5N + 10 CO

Menos de 25N + 500

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Módulo Nueve CO2

Menos de 100N + 1500

TGC Menos de 110N + 710 TGC : Total de Gases Combustibles presentes en el aceite. N

: Número de años en servicio

En transformadores de potencia se consideran niveles serios de seguridad cuando se llega a valores entre 5 y 10 veces más altos que los datos de la tabla. Para transformadores de medida cuando están entre 10 y 50 veces. - Velocidad de Generación de Gases, este es uno de los criterios de apoyo más importantes y útiles para definir con alguna certeza la seriedad de una falla. La tabla que aparece a continuación muestra los valores de velocidad de generación de gases para condiciones normales y para condiciones de cuidado.

VELOCIDAD DE GENERACION DE GASES GAS VEL. NORMAL

LIMITE DE ACCION

H2

Menos de 5 cc/día

Más de 100 cc/día

CH4

Menos de 2 cc/día

Más de 300 cc/día

C2H6 Menos de 2 cc/día

Más de 300 cc/día

C2H4 Menos de 2 cc/día

Más de 300 cc/día

C2H2 Menos de 2 cc/día

Más de 50 cc/día

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CO

Menos de 100 cc/día Más de 500 cc/día

CO2

Menos de 300 cc/día Más de 1000 cc/día

Los gases disueltos en el aceite son extraídos por medio del vacío. Los requerimientos de la metodología de extracción deben cumplir que: - El equipo sea capaz de extraer al menos el 97% de los gases disueltos. - El equipo evite que los gases extraídos se disuelvan nuevamente en el aceite. - El equipo suministre un vacío estricto. En el caso de una extracción completa los resultados del análisis de gases podrán relacionarse directamente con la cantidad de gases contenida en el transformador. Diferentes tipos de equipos son utilizados para la extracción de los gases, entre los cuales se tienen: Extractor de gas tipo torricelly, cuya gran ventaja es la simplicidad de su construcción pero su capacidad de extracción es muy baja; el extractor de gas tipo bomba toepler, que tiene la mayor eficiencia en la extracción de gases pero su complicada estructura y el manejo de un gran volumen de cristalería de laboratorio lo hacen solo aplicable en procesos que requieran alta precisión; y el extractor de gas tipo burbujeo, que tiene su principal ventaja en la poca manipulación de la muestra y la disposición inmediata de los gases extraídos, a través de una conexión permanente al cromatógrafo de gases. El extractor tipo burbujeo

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Módulo Nueve también presenta una mayor capacidad de extracción de gases que el tipo torricelly pero ligeramente inferior al tipo bomba toepler. Extractor de gas tipo Torricelly A conexión a bomba de vacío y a muestreo de gas B indicador de gas (bureta) C tubo de desgasificación D tubo corrector E depósito de mercurio

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Módulo Nueve

Extractor de gas tipo bomba Toepler A indicador de nivel de aceite (bureta) B cámara de desgasificación C bomba de mercurio D bomba Toepler E tubo conector de gas F indicador de gas (bureta) G serpentín probador de gas M manómetro de mercurio S agitador magnético V bomba de vacío Extractor de gas tipo burbujeo A colector de gas B cámara de burbujeo C agitador magnético D cilindro de gas E regulador de flujo

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Tal como se aprecia en la figura, el extractor tipo burbujeo se encuentra constituido por una cámara de burbujeo donde es depositado el aceite directamente de la botella de muestreo. En esta cámara la muestra de aceite es sometida a un burbujeo continuo de un gas inerte en tal forma que ocasiona la liberación de los gases disueltos en el aceite. Estos gases son posteriormente recolectados y medidos en el cromatógrafo.

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Módulo Nueve Sobrecalentamiento del aceite: Los productos de descomposición incluyen Etileno (C2H4), Acetileno (C2H2) y Metano (CH4), junto con Etano (C2H6) y trazas de los demás gases. El gas característico es el Etileno. La figura siguiente ilustra esta condición. 70 60

Antes de avanzar en la definición del diagnóstico es importante verificar el nivel de seguridad teniendo en cuenta el valor de TGC (total de gases combustibles).

50

En general se pueden agrupar las fallas en dos clases principales: 1. Fallas térmicas 2. Fallas eléctricas Existen varios métodos para determinar el tipo de falla que se puede estar presentando. Vamos a reseñar tres de los principales, los cuales se complementan entre sí, ellos son: - Método del gas característico: Se basa en análisis y pruebas realizadas con transformadores fallados, y en simulaciones de laboratorio. La presencia predominante de un gas (gas característico) es un indicador del tipo de falla, térmica (sobrecalentamiento del papel o del aceite), o eléctrica (arco eléctrico o efecto corona).

% Combustibles

Definición del tipo de falla

40 30 20 10 0 CO

H2

CH4

C2H6

C2H4

C2H2

Sobrecalentamiento del papel: Cuando ocurre esta falla se desprenden grandes cantidades de monóxido y dióxido de carbono. Cuando la falla involucra una estructura impregnada de aceite se detecta también la presencia de Metano y Etileno. Si tenemos en cuenta que la celulosa se carboniza completamente a 150oC, no es sorprendente encontrar cierta degradación que tiene lugar a la temperatura de operación normal del transforma-

dor. Esta degradación conduce a un incremento en la rata de producción de CO y CO2 pero la relación CO/CO2 se mantiene en una estrecha banda entre 0,1 y 0,3. Un sobrecalentamiento prolongado tiende a incrementar la mencionada relación, por tanto, niveles altos de los gases característicos acompañados de una alta relación CO/CO2 es un síntoma evidente de que la celulosa está sobrecalentada. El gas característico es el monóxido de carbono (CO). 100

Módulo Nueve encontrará también CO y CO2. El gas característico es el Acetileno (C2H2). 70 60 50 40 30 20 10 0

90 80

CO

H2

CH4

C2H6

C2H4

C2H2

Efecto Corona:

70

% Combustibles

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% Combustibles

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Descargas eléctricas de baja energía producen normalmente Hidrógeno y Metano, con pequeñas cantidades de Etano y Etileno. Cantidades comparables de CO y CO2 pueden aparecer por descargas en la celulosa.

60 50 40 30 20

En algunos casos, cantidades significativas de Hidrógeno se forman por la presencia excesiva de agua en áreas críticas del transformador.

10

0 CO

H2

CH4

C2H6

C2H4

C2H2

Arco Interno: Cuando se presenta este tipo de falla se generan grandes cantidades de Hidrógeno y Acetileno, con cantidades menores de Metano y Etileno. Como se dijo antes, si la celulosa está comprometida se

El gas característico es el Hidrógeno (H2). Como se puede concluir fácilmente de las figuras, cuando se tienen fallas de tipo eléctrico (arco o efecto corona), siempre está presente el Hidrógeno. Este es un gas muy peligroso ya que puede

Aceites para transformadores 100

Módulo Nueve GUIA DE INDICADORES DE DETERIORACION

90

70

INDICADOR Monóxido de Carbono Dióxido de Carbono

SIMBOLO CO CO2

TIPO DE DETERIORO Envejecimiento del papel Corona en el papel

60

Hidrógeno

H2

Corona en el aceite

Metano Etano Etileno Hidrógeno

CH4 C2H6 C2H4 H2

Descomposición térmica del Aceite a temperaturas menores de 250oC

Acetileno Hidrógeno

C2H2 H2

80

% Combustibles

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50 40 30 20 10

0 CO

H2

CH4

C2H6 C2H4 C2H2

conducir a la explosión del transformador. El cuadro siguiente es un resumen o guía de los gases indicadores de fallas térmica o eléctrica en el transformador. El cuadro siguiente es un resumen o guía de los gases indicadores de fallas térmica o eléctrica en el transformador Algunos métodos consideran que no siempre la sola presencia de los gases claves o característicos son suficientes para determinar la gestación de una determinada falla en los equipos, sino que asocian la posible falla con la relación de los volúmenes de los gases producidos en el transformador, por ejemplo, etano/etileno, hidrógeno/acetileno, etc. Cabe destacar que su aplicación es menos frecuente y solo los vamos a mencionar:

Arco eléctrico a través del Aceite

a. Método de las relaciones de dornenburg. b. Método de las relaciones de Rogers. Es necesario enfatizar que las solas relaciones de gases no pueden ser usadas como único criterio para evaluar la condición del transformador puesto que ellas no contienen la información sobre la severidad de la falla. Se requiere entonces tener en cuenta otras consideraciones tales como el TGC, la velocidad de generación de gases, etc. Para una adecuada interpretación de un reporte cromatográfico y, como guía de acción, se recomienda seguir el siguiente diagrama de flujo.

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Módulo Nueve

COMPARE LOS VALORES EN PPM CON LOS DE LA TABLA

VALORES MENORES QUE TABLA

TRANSFORMADOR NORMAL

FRECUENCIA NORMAL DE MUESTREO

UNO O MAS VALORES MAYORES QUE LOS DE LA TABLA (Ignore CO Y CO2) MAS DE 10 VECES

MAS DE 5 VECES

REPITA MUESTRA EN 2 SEMANAS

REPITA MUESTRA EN 6 SEMANAS

CALCULE LA VELOCIDAD DE GENERACION DE GASES SEGÚN LA TABLA SI VELOCIDAD SIGNIFICATIVA, CALCULE LAS RAZONES Y ESTABLEZCA EL TIPO DE FALLA

VALORES CO Y CO2 MAYORES QUE TABLA REPORTE NORMALIDAD PUEDE INDICAR SOBRECALENTAMIENTO NO SERIO. REPITA MUESTRA AL MENOS 1 VEZ/AÑO

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De acuerdo con los resultados obtenidos durante el programa periódico de inspecciones, que involucra evaluaciones tanto para el aceite como para el transformador, es posible adoptar una de las siguientes alternativas con el objetivo de prolongar el tiempo de servicio de ambos elementos: 1. Secado del aceite. 2. Reacondicionamiento del aceite. 3. Cambio del aceite. 4. Secado del sistema dieléctrico. 5. Eliminación del lodo depositado en el transformador. 6. Limpieza y reparación del transformador, operación que incluye el desembaulado del equipo. Para nuestro campo de acción nos ocuparemos de las cinco primeras operaciones, ya que en la última se incluyen actividades que escapan al propósito de este trabajo. Secado del aceite: El secado del aceite se recomienda cada vez que su rigidez dieléctrica ha bajado a un nivel igual o menor que el voltaje de diseño del transformador. Por lo general, la humedad en el aceite es una causa frecuente de recalentamiento del equipo donde se utiliza, lo cual a su vez favorece la fijación o disolución de humedad atmosférica en el aceite, pues como se sabe la solubilidad del agua en el aceite aumenta con la temperatura.

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Módulo Nueve El secado del aceite puede hacerse mediante las operaciones convencionales siguientes: a. La filtración del aceite húmedo a través de un medio secante o hidrófilo. b. La evaporación al vacío del agua contenida en el aceite. c. La combinación de (a) más la evaporación al vacío del aceite filtrado. La filtración del aceite a través de un medio secante (papel seco o arcilla activada) no sólo disminuye la cantidad de humedad contenida en el aceite (disuelta o suspendida) sino que también elimina las partículas sólidas de lodo suspendidas en él, con lo cual se disminuye considerablemente el grado de acidez del aceite. No obstante, el grado de secado obtenido con estos procesos de filtración dependerá en gran medida de la humedad relativa originalmente contenida en el medio secante utilizado. Un control continuo del contenido de agua del aceite a la salida es muy útil para verificar la eficiencia del proceso. Uno de los equipos ampliamente utilizados en la filtración del aceite es el filtro prensa, conformado por una serie de placas de papel secante, a través de las cuales se hace circular el aceite repetidamente hasta reducir su nivel de humedad a valores aceptables. Mediante este método se pueden alcanzar niveles mínimos hasta de 30 ppm. Otro método generalizado y eficiente para eliminar la humedad contenida en el aceite dieléctrico

Aceites para transformadores consiste en una evaporación o deshidratación al vacío y a moderadas temperaturas. Con este método la humedad se reduce a niveles más bajos que los obtenidos con los procesos de filtración, por ejemplo hasta 15 ppm, pero no se logra eliminar los sólidos suspendidos en el aceite. Por tal razón, si el aceite contiene materias sólidas se aconseja filtrarlo antes de tratarlo en vacío. El tratamiento al vacío y a alta temperatura de los aceites minerales inhibidos puede llegar a eliminar parcialmente los inhibidores de oxidación comúnmente utilizados, di-iso-butil-para-cresol y el di-isobutil-fenol, que son más volátiles que el aceite mineral. Como elemento de precaución y guía para usar este método, se presenta el cuadro siguiente, donde se indican las condiciones de temperatura y presión, que pueden ser las más apropiadas para la mayor parte de los tratamientos de aceites minerales inhibidos. TEMPERATURA ( oC) PRESION DE VACIO (Pa) 40

5

50

10

60

20

70

40

80

100

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Módulo Nueve Reacondicionamiento o Regeneración del aceite: Si además de una baja rigidez dieléctrica, se observa un alto número de neutralización (0,3 o más) y una baja tensión interfacial (20 o menos), el aceite debe ser tratado hasta obtener valores permisibles para la operación normal del equipo. El reacondicionamiento del aceite debe restablecer el factor de potencia a un valor que en ningún caso debería ser mayor de 0,3 a 100 oC. Una guía práctica y rápida para saber si el aceite debe ser reacondicionado, es cuando el color, medido mediante el método ASTM D-1500, es igual o mayor de 2,5. La regeneración del aceite busca eliminar de éste, por medios químicos y absorbentes, los agentes contaminantes ácidos, los lodos y, en general, los productos de degradación, con el fin de obtener un aceite en el cual la mayoría de sus características sean similares a las del aceite nuevo. Proceso por Absorción: El material más utilizado y por otra parte el menos costoso es la tierra “fuller", que es una arcilla natural. Generalmente, la regeneración se efectúa mediante uno de los dos métodos siguientes: - Filtrar a través de un lecho de arcilla, ya sea por gravedad o bajo presión. - Poner en contacto, a temperatura elevada, el aceite con la arcilla finamente dividida.

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El principio general de la filtración bajo presión es similar al de la filtración por gravedad excepto que se utiliza una bomba para hacer circular el aceite a través de la arcilla. Los equipos empleados para tal fin pueden tratar grandes volúmenes de aceite en un tiempo relativamente corto y funcionan forzando a pasar el aceite a través de un lecho de arcilla de poco espesor (profundidad), a una presión aproximada de 400 KN/m2, en un tiempo de contacto bastante corto. Como la cantidad de arcilla es poca respecto a la cantidad de aceite, la arcilla debe ser reemplazada frecuentemente.

La filtración por gravedad utiliza la fuerza de gravedad o la presión hidrostática de una columna de aceite, para hacer pasar el aceite a través de una columna de arcilla. La figura representa esquemáticamente un sistema tipo de filtración por gravedad. El tanque superior es utilizado como recipiente del aceite usado, el de la mitad como filtro que contiene la tierra fuller y el tanque inferior como cámara de mezcla para el aceite filtrado, con el fin de obtener un producto con características uniformes después del filtrado.

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Módulo Nueve 3

3 6

10 1 2

11 7

3

4

8

10

9

5

1. Cuba de almacenamiento del aceite usado 2. Aceite 3. Abertura de inspección 4. Agitador 5. Mezclador y cuba almac. del aceite tratado 6. Válvula con flotador 7. Lecho de arcilla 8. Tejido filtrante 9. Rejilla soporte 10. Válvula 11. Filtro a tierra fuller

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El tratamiento es controlado midiendo, periódicamente, la acidez y la tensión interfacial. Mediante este método el aceite puede ser tratado hasta lograr el grado de pureza deseado. En una instalación como la mostrada en la figura el flujo es lento, aproximadamente 400 litros por hora por metro cuadrado de la sustancia filtrante. Como resultado de la baja tasa de flujo se tiene un tiempo de contacto relativamente largo, lo cual garantiza una eficiente utilización de la arcilla.

En el proceso por contacto para la regeneración de aceite, se usa también tierra fuller con una granulometría de 77/cm y 96/cm y temperaturas de operación relativamente altas, por lo general de 60oC y 70oC. Este proceso optimiza el uso de la tierra y proporciona un producto uniforme. El grado de regeneración depende de la cantidad de tierra usada, lo que se determina mediante un análisis del estado de deterioro del aceite.

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Módulo Nueve Normalmente, se introducen el aceite y la tierra fuller en una cámara mezcladora caliente. La mezcla se agita al mismo tiempo que se calienta hasta la temperatura deseada. Luego, el aceite es transferido a un tanque antes de ser bombeado a través de un filtro especialmente diseñado para retener la tierra. Una gran parte del aceite retenido en la tierra es recuperado aplicando aire comprimido al filtro. La selección de un método de regeneración que se revele como el más práctico y económico para un sistema dado depende de la situación y característica geográfica donde se encuentra la red, de los dispositivos existentes para efectuar el tratamiento, de las características de los diferentes tipos de equipos de regeneración y de los métodos descritos anteriormente. Independientemente del tipo de regeneración por arcilla utilizado es conveniente prever dos operaciones auxiliares al tratamiento:

0.05 0.10 0.15 0.20

0.20

0.30 0.40 0.15

0.50 0.60 0.80

0.10

1.00

0.05

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

NUMERO DE NEUTRALIZACION DEL ACEITE A TRATAR

2.0

No DE NEUTRALIZACION DESEADO

ARCILLA ACTIVADA Kg/Litro

0.25

a. Eliminar el agua libre del aceite antes que éste entre en contacto con la arcilla, para evitar humedecerla y causar un bloqueo parcial o posiblemente total de la arcilla, lo que obligaría a deshacerse de ese lote de material secante. b. Es conveniente que el aceite que sale del regenerador a la arcilla pasé a través de un deshidratador automático herméticamente cerrado para evitar la presencia de agua en el producto final. Esto es particularmente cierto, cuando el aceite circula dentro del transformador y, absolutamente

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indispensable, si la regeneración se efectúa en el momento en que el transformador esté energizado.

Existen otros métodos de regeneración conocidos, como es la regeneración por fosfato trisódico, por carbón activado y silicato de sodio y también, la filtración por termosifón mediante derivación estando el transformador en servicio. Cambio del aceite: Esta decisión debe adoptarse cuando no se logra, con la regeneración del aceite, restablecer el valor de sus propiedades a valores permisibles por la norma ASTM. Las normas que han establecido la mayoría de los usuarios contemplan los siguientes parámetros y sus límites: Para equipos que operan por debajo de 50 kV: En estos casos el aceite debe descartarse cuando, por lo menos, una de las siguientes pruebas sobrepasa los valores que se indican a continuación: a.Color, ASTM D1500 5 b.Acidez total, ASTM D974 0,7 mgKOH/g c.Factor de potencia 60 Hz/100oC ASTM D924 0,3% d.Contenido de agua, ASTM D1315 55 ppm e.Tensión interfacial, ASTM D971 15 dinas/cm

Máx. Máx. Máx. Máx. Min.

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Módulo Nueve Para equipos que operan por encima de 50 kV: En estos casos el aceite debe descartarse cuando, por lo menos, una de las siguientes pruebas sobrepasa los valores que se indican a continuación: A. Color, ASTM D1500

3

Máx.

B. Acidez total, ASTM D974

0,25 mgKOH/g

Máx.

C. Factor de potencia 60 Hz/100oC ASTM D924 0,3%

Máx.

D. Contenido de agua, ASTM D1315

30 ppm

Máx.

E. Tensión interfacial, ASTM D971

20 dinas/cm2

Min.

Si consideramos los conceptos discutidos previamente, se deduce que el cambio de aceite no ayuda mucho en el mantenimiento preventivo del transformador, ya que no disminuye en forma significativa las cantidades de agua y lodo que pudieran existir en su interior. El cambio de aceite sólo se justifica cuando dicha operación va acompañada de un “flushing”o lavado con aceite nuevo a alta temperatura, con lo cual se eliminaría parte del agua y del lodo contenido en el equipo. En efecto, cuando el nivel de degradación del aceite es muy avanzado, es decir cuando ya el lodo ha comenzado a precipitarse en el interior del equipo, y/o cuando la celulosa ha logrado acumular una

Aceites para transformadores considerable cantidad de agua, el sólo cambio de aceite no modifica mucho la condición del transformador, particularmente porque el 99,75% del agua contenida en el equipo se encuentra disuelta en la celulosa del papel dieléctrico.

De cualquier manera, durante el cambio del aceite de un transformador es oportuno tener en cuenta lo siguiente: a. Drenar al máximo el aceite contenido en el equipo. b. Procurar que el cambio de aceite se lleve a cabo en un ambiente seco o de baja humedad relativa. La temperatura del aceite debe ser lo más cercana a la del ambiente, pues si es inferior, el aceite condensará en su seno la humedad ambiental, y si es superior, tiende a saturarse con ella. c. Evitar la exposición prolongada del núcleo del transformador al aire húmedo o a cualquier otro gas con una humedad relativa igual o mayor al 85%. En tal sentido conviene mencionar que esa exposición al aire húmedo debería mantenerse entre los límites indicados abajo, a fin de evitar que el papel y la madera que forman parte del núcleo del transformador fijen la humedad contenida en el aire.

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Módulo Nueve MAXIMA EXPOSICION DE UN NUCLEO DE UN TRANSFORMADOR AL AIRE HUMEDO CAPACIDAD DEL HUMEDAD RELATIVA DEL AIRE TRANSFORMADOR MENOS DE 85 MAS DE 85% Menos de 50kV 30 horas 25 horas 50-125 kV 25 15 126-250 kV 15 10 251-500 kV 10 8 Más de 500 kV 8 5

Secado del sistema dieléctrico: Esta operación consiste básicamente en repetir, las veces que se requiera, el secado del aceite con temperaturas moderadas y alto vacío. Si el aceite seco se bombea a un transformador que tiene el núcleo húmedo, al estar en contacto con la humedad se saturará nuevamente con agua, retirándola del núcleo. El número de veces que hay que circular el aceite a través del transformador depende de la cantidad de humedad contenida en su núcleo y también de la temperatura del aceite que se circula. Es decir, mientras más seco y más caliente esté el aceite será mayor la cantidad de agua extraída a cada paso. La operación se repite hasta que el contenido de humedad del aceite que entra y sale del transformador es más o menos la misma, o sea haya alcanzado el grado de humedad deseado.

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Es bueno recordar que el aceite no debe calentarse por encima de 90oC pues de lo contrario se acelerará el proceso de oxidación del aceite. Una vez el aceite ha sido utilizado en una operación de secado de un transformador, debe determinársele el contenido de inhibidor de oxidación (si era un aceite inhibido) y reponerle el que se ha gastado.

En algunas oportunidades se utiliza una carga de aceite nada más para lavar y secar el transformador y, en este caso, el aceite puede calentarse a mayores temperaturas (100-120 oC), ya que posteriormente el transformador se cargará con aceite nuevo. Eliminación del lodo del transformador: Es indudable que la operación más compleja de mantenimiento que se puede hacer en un transformador, sin desembaularlo o sacarlo de su caja de protección, es su limpieza interna, ya que ello incluye: a. El secado y eliminación del lodo suspendido en el aceite. b. La solubilización en el aceite del lodo depositado en el transformador y su posterior eliminación. Conviene aclarar que tanto ésta, como las demás operaciones de mantenimiento ya reseñadas, pueden ser realizadas en el sitio donde se encuentra instalado el transformador y aún con el equipo energizado. Una vez que el lodo empieza a depositarse en las partes energizadas del transforma-

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Módulo Nueve dor, ya no es posible removerlo sino mediante la recirculación de aceite caliente a través de su núcleo o desembaulando el equipo y lavándolo con un solvente adecuado. En el diagrama siguiente se ilustra una planta de mantenimiento compacta para limpieza interna de transformadores, que incluye: Bomba de recirculación, calentador, secador al vacío, filtros de arcilla o cualquier otro material absorbente, dosificador de inhibidor, filtro micrométrico, tanque auxiliar, mangueras flexibles y todos los instrumentos de indicación, regulación y análisis necesarios para vigilar o verificar la operación. Para ajustar la temperatura de operación de la planta de tratamiento es muy importante conocer el punto de anilina del aceite que se utilizó para el llenado del transformador, ya que dicha variable indica la temperatura a la que el lodo depositado en el transformador se hace soluble en el aceite. Si recordamos, por definición, el punto de anilina de un aceite dieléctrico es la temperatura a la cual iguales volúmenes de aceite y anilina se hacen completamente solubles el uno en la otra, o viceversa. La anilina, las resinas y, por lo tanto, los lodos que se forman de la degradación u oxidación de los hidrocarburos, tienen una solubilidad muy semejante frente al aceite, de lo cual se deduce que para disolver los lodos depositados en el transformador hay que calentar el aceite por encima de su punto de anilina.

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Módulo Nueve

MANTENIMIENTO DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA

ENTRADA BOMBA DE VACIO INHIBIDOR BOMBA DE ENTRADA

BOMBA DE SALIDA C

FILTRO PARA SOLIDOS TRANSFORMADOR

A

CALENTADOR

FILTROS DE B ARCILLA

SECADOR AL VACIO

PLANTA DE TRATAMIENTO

FILTRO MICROMETRICO

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Sección Tres

LUBRICANTES SHELL PARA TRANSFORMADORES

Shell Diala La familia Shell Diala son aceites dieléctricos con excelentes propiedades de estabilidad a la oxidación, para aplicaciones en donde se requiere una rápida transmisión de calor. Su campo de aplicación es, principalmente, en transformadores de potencia y distribución, pero también pueden ser usados en interruptores de potencia en baño de aceite, equipos de rayos x, condensadores, y en general todo sistema que requiera el empleo de aceites dieléctricos. La familia Shell Diala está conformada por los aceites Shell Diala A y Shell Diala AX. Poseen buenas propiedades refrigerantes debido a su baja viscosidad, lo cual facilita la disipación del calor generado en los transformadores. Además, tienen excelente estabilidad química y a la oxidación, permitiendo amplios períodos de funcionamiento debido a su resistencia a la formación de lodos y ácidos. Un aspecto importante es que los aceites Shell Diala están libres de PCB (polyclorinados Bifenilos), elemento altamente tóxico y contaminante al medio ambiente. Los aceites Shell Diala cumplen y exceden los

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Módulo Nueve requerimientos de la norma ANSI/ASTM 3487, en la que se especifican dos tipos de aceite denominados tipo I y tipo II. Shell Diala A es un aceite tipo I que posee excelentes propiedades naturales contra la oxidación, otorgándole un desempeño excepcional en equipos que no requieren aceites inhibidos. Para condiciones más severas, que requieren una mayor resistencia a la oxidación, se recomiendan los aceites tipo II, tal como Shell Diala AX que contiene aprox. un 0.2% en peso de aditivo inhibidor y en ningún caso más del 0.3 %. La tabla muestra las cifras típicas de los aceites Shell Diala A y AX.

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Módulo Nueve

CIFRAS TIPICAS SHELL DIALA PRUEBAS

METODO ASTM

Densidad @ 15oC, Kg/l Viscosidad @ 40oC, cSt. Viscosidad @ 100oC, cSt. Punto de inflamación (Copa abierta),oC Punto de fluidez,oC Punto de anilina,oC Tensión interfacial @ 25oC, Dinas/cm Tensión de impulso, *Kv Tendencia formación de gases. Microl/min 80oC Valor de neutralización, mg KOH/g Lodos a las 164 h, %peso, máx. Rigidez dieléctrica*, Kv Factor de potencia a 60 Hz. @ 25oC Factor de potencia a 60 Hz. @ 100oC

D-1298 D-445 D-445 D-92 D-97 D-611 D-971 D-3300 D-2300B D-974 D-2440 D-1816 D-924 D-924

A

AX

0.885 9.7 2.3 148 -50 74 46 186 15.6 0.01 0.2 >56 0.01 0.07

0.885 9.7 2.3 148 -50 74 46 186 9.9 0.01 0.2 >56 0.01 0.07

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Módulo Nueve

SUPERIORIDAD REGIONAL DE CALIDAD SHELL DIALA A Y SHELL DIALA AX / BENCH MARKING Realizado el sondeo de mercado de los aceites dieléctricos disponibles en el área del norte de suramérica se encontró que los aceites Shell Diala A y Shell Diala AX superan los sustitutos comercializados por la competencia y por ende garantizando un mayor confiabilidad de operación y mantenibilidad de los equipos eléctricos en todos los especificaciones técnicas en general, pero destacandose las siguientes: Punto de anilina, oC ASTM D-611 =74: Este valor garantiza que el aceite puede ser mantenido o procesado por los equipos auxiliares de transformadores sin comprometer la pirolisis del papel que se encuentra dentro de los mismos, frente a los aceites de la competencia cuyos valores de punto de anilina son mayores a 80°C. Tensión de impulso, *Kv ASTM D-3300=186: Mayor a la de los aceites de la competencia que se encuentra por el límite máximo de 165°C, lo anterior permite al transformador mayor resistencia a la inducción de arco eléctrico por descargas eléctricas bajo condiciones de tormenta. Tendencia formación de gases. Microl/min 80oC ASTM D-2300B=15.6(Shell Diala A) =9.9 (Shell Diala AX): Es muy inferior a la reportada frente a las pruebas de la Doble Eng/USA, por parte de

los aceites no provenientes de la refinación de los crudos WTI, especialmente obtenidos en la zona sur de los EEUU, los cuales arrojan cifras riesgozas de formación de gases potencialmente explosivos arriba de valores de 27.

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Sección Cuatro

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Módulo Nueve servicio de almacenamiento de aceites aislantes , como precaución adicional para evitar una posible contaminación.

MANEJO DE ACEITES DIELECTRICOS

Precauciones en el Almacenamiento

Con el fin de asegurar un servicio satisfactorio, es esencial tomar un máximo de precauciones tanto en la manipulación, envase y almacenamiento del aceite dieléctrico como durante su transvase a los equipos. Igualmente, se requiere tener un máximo cuidado en el momento de la toma de muestra del aceite usado, pues cualquier contaminación, particularmente con humedad del medio ambiente, puede conducir a diagnósticos erróneos sobre la condición del aceite.

No solo en el almacenamiento sino en el transporte de estos aceites, la limpieza de carros-tanque y tambores es mantenida cuidadosamente, y en ambos casos, no son llenados durante tiempo lluvioso o en que la humedad sea muy alta. Los tanques y los tambores son cerrados herméticamente para minimizar la entrada del aire.

Precauciones en la Refinación Aunque el agua es el contaminante más común, no es el único. El polvo presente en el ambiente y otras impurezas, también afectan a las propiedades eléctricas de los aceites. Reconociendo la extrema importancia de la pureza, los fabricantes deben hacer todo lo posible por producir y entregar a los usuarios aceites aislantes que estén secos y limpios. Como paso final en su proceso de manufactura, el aceite se hace circular a través de filtros especiales para remover las posibles cantidades de agua libre o disuelta. La deshidratación o secado es seguida por la transferencia del aceite a tanques especiales que no solo deben estar limpios y secos, sino que están dedicados exclusivamente al

El agua es el contaminante más común y uno de los más indeseables. Puede penetrar un tambor o recipiente donde se envase el aceite a través de la más mínima abertura o mediante el proceso normal de respiración causado por la expansión y contracción del aire en el recipiente mismo. Este aire, en pequeñas o grandes cantidades, se encuentra en la parte superior de cualquier recipiente y durante el tiempo frío del día, tiende a contraerse aspirando aire adicional a través de cualquier conexión o tapa que no esté herméticamente sellado. Al mismo tiempo, la baja temperatura puede causar que la humedad se condense, formándose góticas de agua que contaminen el aceite. Después, cuando la temperatura ambiente aumenta también se incrementa la temperatura y la presión del aire dentro del recipiente, siendo expulsado del mismo y dando a lugar a que una nueva carga de aire húmedo ingrese al recipiente tan pronto la temperatura vuelve a descender.

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Los aceites dieléctricos envasados en tambores deben ser almacenados bajo techo donde no estén expuestos a la inclemencia del tiempo y a cambios de temperatura. Los tambores deben ubicarse en un nivel superior al del piso y es conveniente colocarlos en posición vertical pero invertidos, de tal manera que la tapa siempre quede en la parte inferior, cubierta de aceite, para que la presión ejercida por el fluido sobre la tapa impida el ingreso de aire o agua a través de ésta. Sin embargo, el almacenamiento en tambores no siempre es satisfactorio, particularmente cuando estos han sufrido golpes, choques u otros desgastes durante el almacenamiento o transporte. Aunque se hayan tomado todas las precauciones necesarias para garantizar la entrega de un aceite limpio y seco, es fundamental que igual o mayor cuidado se tenga durante la descarga del producto. Si el aceite dieléctrico se entrega a granel,los primeros 10 galones, más o menos, que se saquen del fondo del compartimento (carro-tanque) deben eliminarse. Si alguna contaminación ocurre durante el transporte, esta es la porción que puede contener agua y su eliminación es una buena inversión para mantener la calidad. Solamente líneas cortas y limpias deben usarse para mover el aceite al tanque de almacenamiento. Ni líneas ni tanques deben ser usados para otros propósitos y ambos deben mantenerse bajo rigurosas condiciones de limpieza. Los tanques de almacenamiento deben poseer líneas de venteo con

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Módulo Nueve filtros que eviten la entrada de humedad y otros contaminantes.

Precauciones durante el llenado En el llenado de transformadores y otros equipos eléctricos, los interiores deben ser inspeccionados para verificar que estén limpios y secos. Para excluir aire y humedad, generalmente, los transformadores grandes, se ponen bajo vacío, o se cargan con gas seco e inerte antes de llenarlos con aceite. La operación de eliminar el aire y la humedad a menudo se continúa con un ligero calentamiento del aceite antes de aplicarlo.Después de llenado, el aceite puede sellarse en el espacio libre con un gas inerte o en la respiración del transformador se puede colocar un desecante para secar cualquier cantidad de aire que pueda entrar al espacio libre que haya entre el aceite y la parte superior del condensador. Se recomienda insistentemente que el aceite se filtre durante la transferencia de un tanque o un tambor al equipo eléctrico.

Precauciones durante el servicio Aún en las unidades selladas, la probabilidad de contaminación no se elimina por completo. Aparte de que el polvo y el agua disminuyen las propiedades eléctricas, el contacto con el aire tiende a degradar las propiedades físicas del aceite. Si recordamos, la presencia del aire causa la oxidación, especialmente a temperaturas altas, y la oxidación es responsable de la formación de lodos que interfieren con la disipación del calor, reduciendo

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la eficiencia del equipo al incrementarse las pérdidas dieléctricas. Aún cuando la vida de un aceite dieléctrico se considera que dura años, circunstancias imprevistas pueden reducir su vida útil. Por esta razón es conveniente efectuar análisis al aceite con una frecuencia determinada por las condiciones propias del servicio.

TOMA DE MUESTRAS DE ACEITES DIELECTRICOS EN SERVICIO El propósito de esta sección es presentar un procedimiento razonable para tomar una muestra de aceite dieléctrico. Las siguientes recomendaciones no deben considerarse como obligatorias, simplemente sirven como una guía para llevar a cabo un programa periódico de muestreo de aceite. El procedimiento de muestreo comienza con la selección correcta del recipiente donde se recogerá la muestra. Este debe estar completamente limpio y debe manipularse con extremo cuidado antes y después de la toma. Los siguientes tipos de recipientes son considerados como apropiados:} 1. Los envases de vidrio se prefieren sobre cualquier otro material. Pueden ser transparentes o de color. En términos generales, los envases de color, tal como el ámbar, deben ser utilizados cuando la muestra va a ser expuesta a la luz por algún tiempo, antes que se efectúen las pruebas. 2. Los envases plásticos pueden ser utilizados pero, si la muestra va a ser transportada o expues-

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Módulo Nueve ta al medio ambiente durante algún tiempo, existe la probabilidad que se contamine con agua, por el ingreso de aire húmedo debido a las contracciones y expansiones del material del envase. Las tapas de los envases deben ser plásticas, y en lo posible incluir foils de aluminio o estaño. Los sellos de caucho están totalmente prohibidos. En cuanto a la cantidad de aceite requerida para la realización de las diferentes pruebas, es necesario aclarar que depende de los equipos en los cuales se van a realizar. Para el caso de los análisis realizados por Shell Colombia, se requiere un (1) litro. Resulta conveniente que el recipiente se llene completamente de aceite, para evitar cámaras de aire dentro del mismo. La identificación con los datos completos de la muestra es esencial para efectuar diagnósticos válidos. La inclusión de datos incompletos o errados pueden conducir a conceptos equivocados sobre el estado del aceite y del equipo, con las graves consecuencias ya reseñadas.

Procedimientos y métodos de muestreo El procedimiento llevado a cabo para tomar la muestra de aceite, determina la calidad y la representatividad de la misma. Por ejemplo, si se va a chequear el factor de potencia o la rigidez dieléctrica del aceite, es crítico evitar cualquier contaminación o humedad en particular. Esto incluye no tomar la muestra cuando la humedad del aire circundante es muy alta, en tiempo lluvioso o

Aceites para transformadores cuando la temperatura del aceite es menor que la temperatura del aire.

Una cantidad de aceite debe ser drenada antes de tomar la muestra a evaluar, con el objeto de asegurar la eliminación de posible agua acumulada, sedimentos, etc., en la válvula de drenaje y sus conexiones. Luego de esto una cantidad de aceite debe recogerse en el recipiente y usarse para lavarlo. Efectuada esta limpieza, se procede a tomar la muestra de aceite definitiva y a sellar herméticamente el recipiente. Como ya se ha mencionado, la muestra debe ser protegida de la luz hasta que los test sean hechos. Es claro que la muestra de aceite obtenida debe ser representativa del aceite en servicio. Para ello se requiere que sea tomada del punto más bajo en el tanque. En algunas ocasiones, debido a fugas en el equipo es necesario drenar una cantidad considerable de aceite antes que una muestra satisfactoria se obtenga para evaluar su rigidez dieléctrica o su factor de potencia. En tales circunstancias, la cantidad drenada y descargada debería indicarse en los datos de identificación y solicitud de análisis de laboratorio. Método de muestreo por jeringa: Este método es el más adecuado, ya que la muestra de aceite no se afecta en forma significativa con los cambios de presión y temperatura, independiente del medio de transporte utilizado. El método consiste en el uso de jeringas de vidrio

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Módulo Nueve de aprox. 30 a 50 ml de capacidad con válvulas plásticas de tres vías fijadas en su punta, tal como se ilustra en la figura. Estas válvulas a pesar de ser removibles se consideran parte integral del dispositivo de muestreo. Una segunda válvula idéntica puede ser usada como dispositivo de acople a la válvula de muestreo del transformador donde se toma la muestra de aceite. Una técnica satisfactoria para tomar muestras de aceite libres de burbujas es la indicada esquemáticamente en la figura siguiente.

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Módulo Nueve

Muestreo por tubería: El método consiste en formar con una botella de vidrio transparente de aprox. 200 a 300 ml. de capacidad, perforada en sus dos extremos, y con mangueras de polietileno conectadas a ella, una tubería que adaptada a la válvula de muestreo del transformador permita el flujo del aceite a través, evitando así él contacto con el aire para obtener una muestra de aceite libre de contaminación.

Adaptadores

Manguera plástica

La botella de muestreo presenta las siguientes ventajas:

Adaptador Botella de muestreo

Recipiente de los residuos de aceite

Aceites para transformadores - Evita el contacto o contaminación del aceite con el aire. - Por su forma no permite la permanencia de burbujas dentro de la botella. - Por su transparencia permite chequear el estado del aceite dentro de la botella. - Por su hermeticidad no permite el ingreso de gases a través de sus paredes. El conjunto conformado por la botella de muestreo, las mangueras y sus respectivas válvulas de sello deben estar completamente limpias. Después de tomada la muestra el conjunto es envuelto con papel parafinado y acomodado apropiadamente en cajas acolchadas para un transporte seguro, aún por vías en mal estado. Las muestras de aceite deben ser tomadas, por lo general, de la válvula principal de drenaje del transformador con el uso de un dispositivo de acople. Cuando un transformador está en operación, el aceite se mantiene en circulación dentro del tanque a través de los radiadores y los gases generados son difundidos y disueltos de manera uniforme.

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Módulo Nueve Ahora bien, si el transformador ha permanecido mucho tiempo fuera de servicio, por ejemplo después de una falla, es conveniente tomar las muestras de aceite después de diez (10) minutos de haber colocado en operación las motobombas de circulación forzada o los ventiladores, según el tipo. Este método es recomendable solo para el análisis de equipos que tienen un gran volumen de aceite, tales como los transformadores de potencia.

Mecanizado de Metales

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Módulo Diez

CONTENIDO Sección Uno El corte de metales Introducción Teoría del corte de metales Herramientas de corte Clasificación de los metales según su maquinabilidad

Sección Dos Fluidos para el mecanizado de metales Funciones que deben cumplir Aceites emulsionables Propiedades Efecto de la calidad del agua sobre la emulsión Preparación de una emulsión Contenido de aceite de una emulsión Monitoreo y mantenimiento de una emulsión en servicio pH durante el servicio Contaminación con fugas de aceite (Tramp Oil) Contaminación con polvo metálico Contaminación por bacterias y hongos Métodos para combatir los microorganismos

Cambiando las máquinas herramientas de aceites puros a emulsiones Disposición de emulsiones usadas Proceso de disposición Aspectos de salud e higiene Conclusiones Aceites puros para el mecanizado de metales Propiedad humectante Propiedades de extrema presión y lubricantes Acción anticorrosiva sobre la máquina y la pieza a mecanizar Tendencia a la formación de humos

Sección Tres Superlubricantes Shell para el mecanizado de metales Aceites emulsionables Aceites puros

Sección Cuatro Selección de un aceite de corte

Mecanizado de Metales Sección Uno EL CORTE DE METALES INTRODUCCION Cuando se mecanizan metales se genera calor tanto en el corte como en la fricción de la viruta a lo largo de la herramienta de corte. La temperatura alcanzada depende del balance entre la generación de calor y su disipación o evacuación. Con los fluidos de corte se disminuye el coeficiente de fricción, se alarga la vida útil de la herramienta, se mejora el acabado superficial, se incrementa la producción y se reducen los costos. Hay dos tipos base de fluidos de corte, los cuales se considerarán en detalle en el desarrollo del módulo. Los fluidos miscibles con agua y los aceites puros son las dos categorías de lubricantes para el mecanizado de metales. Shell dispone de un portafolio de productos que cumplen satisfactoriamente todas las operaciones de corte y se cuenta con la tecnología necesaria para cubrir los requerimientos especiales de un determinado caso.

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Módulo Diez TEORIA DEL CORTE DE METALES Los dos principales problemas que se presentan en el mecanizado de metales son el calor y el rozamiento; ambos generados durante la operación. El calor generado puede provenir de las siguientes causas: a. De la energía procedente de la deformación plástica. b. Del rozamiento de la viruta arrancada a la pieza, cuando aquella se desliza por la cara frontal de la herramienta. c. Del rozamiento de la herramienta contra la pieza metálica que se mecaniza. De estas tres causales de generación de calor durante el mecanizado, la primera es la que más incidencia tiene, calculándose en las dos terceras partes del calor total.

Herramientas de Corte La herramienta de corte es muy importante en un trabajo de mecanizado, puesto que si no da el rendimiento adecuado por falta de una buena lubricación y refrigeración, puede ocasionar pérdidas elevadas no sólo por el valor de la herramienta que se pueda dañar y que a veces es muy costosa como en el caso del brochado, sino que hay que agregar el valor de las piezas defectuosas.

Mecanizado de Metales El mayor enemigo de la herramienta es el calor generado durante la operación, pues la temperatura más alta tiene lugar alrededor de ésta produciéndose un reblandecimiento de la herramienta que, junto con la abrasión y la fricción, pueden destruirla rápidamente. Esta acción el progresiva pues al ser la herramienta más blanda se necesita mayor energía para realizar el mismo trabajo, y entonces se aumenta la presión de la herramienta sobre la pieza y en consecuencia la temperatura en la zona de corte. En cualquier operación mecánica, para arrancar viruta de un metal por medio de una herramienta de determinada dureza, el 98% de la energía consumida se convierte en calor.

HERRAMIENTA

VIRUTA

VIRUTA

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Módulo Diez Debido al calor generado, la viruta arrancada por la herramienta se suelda a ella muy cerca del filo cortante, acumulándose en esta zona las virutas metálicas y constituyendo lo que se denomina falso filo; que se está formando y desprendiendo constantemente durante la operación de mecanizado, siendo precisamente una de las funciones del fluido de corte la de controlar el crecimiento excesivo del falso filo. Como la temperatura que se produce en el mecanizado es alta, se van arrancando algunas partículas de la herramienta produciendo un pequeñísimo cráter exactamente detrás del filo cortante. Este cráter que al principio es muy pequeño, a medida que avanza la operación va creciendo hasta alcanzar el filo que se debilita hasta no poder soportar la presión de trabajo y se fractura. En todo mecanizado, sin importar la dureza de la pieza metálica, al arrancar la viruta se produce una deformación plástica o reblandecimiento. Este efecto mecánico del material tiene lugar en aquella zona de la pieza, anterior a la herramienta de corte que la mecaniza, convirtiéndose también en calor la energía necesaria para conseguir la deformación plástica, con lo cual el problema térmico de la operación se intensifica aún más. Para cada herramienta de corte y un material determinado existe siempre una relación inversamente proporcional entre los calores generados en las operaciones de corte y

Mecanizado de Metales remoción de la cantidad de viruta, y el ángulo de corte de la herramienta. Esta relación está dada por: Cp=1/a Donde Cp es el calor producido y a es el ángulo de corte de la herramienta. El ángulo está relacionado con el coeficiente de rozamiento entre la viruta y la herramienta de forma que a mayor ángulo menor rozamiento y cantidad de calor producido.

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Mecanizado de Metales CLASIFICACION DE LOS METALES SEGUN SU MAQUINABILIDAD Los metales se dividen en dos grandes grupos: Ferrosos y no ferrosos.

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Módulo Diez en mecanizados de mediana severidad se puede emplear un fluido de corte sin aditivos de extrema presión. Para los aceros de alta aleación, cuya maquinabilidad es más elevada, se requiere fluidos de corte con aditivos de extrema presión.

El grupo de metales de naturaleza ferrosa está constituido por aquellos materiales de base hierro; o mejor sus aleaciones, pues el hierro puro tiene poca aplicación industrial.

El grupo de metales de naturaleza no ferrosa se subdivide en:

Entre estos materiales los más importantes son:

- Níquel o sus aleacioneS

- Cobalto

- Cobre o sus aleaciones

- Hierro fundido (con considerable cantidad de carbono en su composición química).

- Latón (Cu-Zn)

- El acero al carbono y el de baja aleación.

- Bronces (Cu-Sn)

- Aceros de alta aleació£(e inoxidables, martencíticos y ferríticos.

- Bronces al silicio - Aluminio

- Aceros inoxidables austeníticos.

- Magnesio

- Aceros al carbono, aceros aleados y aceros rápidos.

El Cobalto es un material difícil de mecanizar y deben usarse fluidos de corte con aditivos de extrema presión; al igual que para el Níquel y sus aleaciones.

Si se trabaja con hierro fundido debe hacerse una lubricación en seco o utilizar emulsiones, con el inconveniente que se produzcan lodos, lo que obliga a filtrar el fluido de corte con frecuencia. Para los aceros al carbono y de baja aleación

Para materiales de latón de alta maquinabilidad, al igual que para los bronces fosforados se requieren aceites de corte emulsionables.

Mecanizado de Metales Para los bronces que no son fáciles de mecanizar, pues sufren los efectos de la deformación plástica, se deben emplear aceites de corte emulsionables con aditivos E.P. de baja o media actividad. En el caso de materiales de Cobre y aleaciones de Níquel-Plata, se usan aceites ligeros de media presión. El Aluminio que posee un coeficiente de dilatación térmica muy elevado requiere alta capacidad refrigerante del fluido de corte. La maquinabilidad del Aluminio es más fácil cuando está aleado con Cobre y difícil cuando está aleado al Silicio.

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Mecanizado de Metales Sección Dos FLUIDOS PARA EL MECANIZADO DE METALES FUNCIONES QUE DEBEN CUMPLIR Lubricar Una buena lubricación reduce la fricción de las superficies en contacto lo que significa un ahorro en el consumo de energía y una menor generación de calor. Por otro lado, se elimina el peligro de fusión de las virutas evitando la soldadura de las mismas a la herramienta y a la pieza en elaboración. Refrigerar El enfriamiento de las superficies en contacto conserva el templado de la herramienta prolongando su vida y haciendo más duradero su filo. Se reduce la dilatación volumétrica de las masas lo que permite trabajar con tolerancias más estrictas y mayores velocidades de giro y avance. Limpiar Removiendo las virutas de metal, limaduras, etc., de la zona de ataque se consigue un mejor acabado de las superficies.

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Módulo Diez Aumentar la producción Dado que se reducen los períodos improductivos y además permiten mayores velocidades de giro y avance se disminuyen los tiempos de proceso.

Mecanizado de Metales ACEITES EMULSIONABLES Las emulsiones que trataremos en este módulo son aceite en agua. Estas emulsiones consisten esencialmente de un pequeño porcentaje de aceite emulsificable concentrado (menor al 5% ) disuelto en un volumen dado de agua. El aceite emulsificable usualmente está compuesto de una base mineral, aditivo emulsificador y otros elementos que le aportarán características de inhibición de herrumbre y corrosión, resistencia a la formación de espuma, y en algunos casos especiales, comportamiento de extrema presión. Biocidas son también adicionados para prevenir y controlar el crecimiento de hongos y bacterias que degradan la emulsión y son causantes de enfermedades de la piel. El hecho que estas emulsiones estén principalmente constituidas por agua, ofrece la ventaja de un alto poder refrigerante. Al mismo tiempo, la presencia de aceite mineral, aditivos emulsificadores e inhibidores de corrosión compensan las desventajas básicas del agua como son su corrosividad y un pobre poder de humedecimiento de los metales. Además, el aceite mineral aporta una cierta cantidad de lubricidad. Así como otros tipos de fluidos de corte, las emulsiones también arrastran las virutas del área de corte y previenen daños a la herramienta.

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Módulo Diez Las emulsiones aceite en agua son particularmente útiles para operaciones de mecanizado de metales donde el principal requerimiento es una alta capacidad refrigerante para remover el calor producido por la operación de corte y por la fricción, y donde la lubricación de la herramienta no es crítica. Las principales aplicaciones de las emulsiones son, por lo tanto, en aquellas operaciones donde las velocidades de corte son medianamente altas y las operaciones de corte no son severas, como por ejemplo en torneados, fresados, taladrados, corte en frío (sierras), y rectificados. En aplicaciones donde las velocidades son menores, las operaciones de mecanizado más severas y los materiales más duros, la lubricidad del fluido es más importante que su capacidad refrigerante. Por ejemplo, donde la lubricación entre la viruta y la herramienta, y entre la herramienta y la pieza de trabajo es requerida para reducir el calor generado por la fricción y prevenir la soldadura. Estas condiciones existen en el tallado de engranajes, brochado, taladrados profundos, entre otros. Para estas aplicaciones los aceites de corte puros son preferidos.

Mecanizado de Metales PROPIEDADES Para responder satisfactoriamente a las exigencias de sus aplicaciones, un aceite emulsionable debe poseer esencialmente las siguientes características: Emulsificadores. Los aditivos más importantes para aceites emulsionables, tanto en función como en cantidad, son los emulsificadores. Estos no solamente facilitan la dispersión del aceite en agua, sino que mantienen estable la emulsión.

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Módulo Diez como aceite libre. Los emulsificadores se dividen en dos tipos: Iónicos y no iónicos. Los emulsificadores iónicos se disocian en iones positivos y negativos cuando se disuelven en agua y son descritos como aniónicos y catiónicos dependiendo de sí su actividad a nivel superficial es desde el anión o desde el catión, respectivamente. De otro lado, los emulsificadores no iónicos, como su nombre lo indica no se disocian (o ionizan) cuando se disuelven en agua, pero son distribuidos coloidalmente.

Molécula de Emulsibilidad AGUA

AGUA

Parte de la molécula soluble en agua Parte de la molécula soluble en aceite

Los emulsificadores son moléculas bipolares las cuales reducen la tensión superficial y forman películas monomoleculares relativamente estables en la interface aceite/agua. Estas películas previenen que las gotas de aceite finamente dispersas en la emulsión se separen

ACEITE

ACEITE

No ionicas

Ionicas

La reacción de productos como, por ejemplo, alquil fenoles y óxidos de etileno son probablemente el grupo más común de emulsificadores no iónicos y, recientemente, su uso en aceites emulsionables se ha incrementado debido a su habilidad para estabilizar la emulsión. Inhibición de herrumbre y corrosión La habilidad para proveer buena protección contra la corrosión es una de las propiedades más

Mecanizado de Metales importantes de un aceite emulsionable, la cual se mejora con el contenido de aceite pero garantizando un adecuado rendimiento anticorrosión en su aplicación. Hay dos métodos de prueba estandarizados para evaluar las propiedades anticorrosión de un aceite emulsionable: - El método DIN 51360, parte I, estandariza la prueba de corrosión Herbert. En esta prueba se utilizan virutas del fresado de un acero sobre láminas de hierro fundido o colado. - El método DIN 51360 parte II, usa virutas de hierro gris sobre papel filtrante. Capacidad antiespumante Como los agentes emulsificantes son surfactantes, las emulsiones pueden tener tendencia a formar espuma. Entre mayor sea la cantidad de emulsificador en el aceite, y la emulsión esté más finamente dispersa, mayor será la tendencia a formar espuma. Esta tendencia también se incrementa con la suavidad del agua usada. Generalmente una dureza mínima de 5 od (85 ppm CaCO3) es deseable para minimizar el riesgo de espuma. Una pequeña cantidad de espuma generalmente no causa ningún problema, pero grandes cantidades pueden en algunas circunstancias causar serias dificultades. En estos casos un aditivo antiespumante puede ser usado para dis-

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Módulo Diez persar la espuma. Los antiespumantes más comunes son aquellos basados en siliconas pero deben ser utilizados con cuidado pues pueden afectar negativamente los subsecuentes tratamientos superficiales de los componentes procesados. Todos los antiespumantes son activos sólo por periodos relativamente limitados y por ello puede requerirse una nueva adición después de un tiempo de uso. Si el agua es muy suave, es mejor incrementar su dureza antes de preparar la emulsión. Esto se logra adicionando nitrato de calcio a una rata de 30 g por 1°d (17 ppm CaCO3) por 1 m 3 de agua. Es mejor disolver el nitrato de calcio en una pequeña parte del agua usada para la emulsión. La concentración resultante debería ser agregada y dispersa en el volumen de agua antes de mezclar el aceite. Solamente sales de suficiente dureza deberían ser adicionadas para prevenir problemas de espuma durante el maquinado. No hay métodos de laboratorio estandarizados para evaluar las propiedades antiespumantes de una emulsión. Extrema presión Así como en los aceites puros para corte, aditivos extrema presión a base de materiales sulfurizados o clorinados, pueden ser incluidos en la formulación de aceites emulsificables para darle mayor capacidad de soporte de carga y hacerlos útiles para operaciones más severas. Los aceites E.P. emulsionables son normalmente usados donde la habilidad lubricante es un

Mecanizado de Metales factor importante. Este es el caso de maquinados de materiales duros y con muy bajas velocidades de corte. En algunas operaciones, los aceites emulsionables con extrema presión pueden reemplazar a los aceites puros inactivos o con baja actividad. Para obtener los beneficios de mayor soporte de carga, los aceites emulsionables con aditivos E.P. deben ser usados en mayores concentraciones, por ejemplo un 10 a 15% de la solución. La vida prolongada de la herramienta y el acabado superficial obtenido con los aceites emulsionables E.P. compensan su mayor costo.

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Mecanizado de Metales EFECTO DE LA CALIDAD DEL AGUA SOBRE LA EMULSIÓN Como se mencionó anteriormente, las emulsiones usadas en operaciones de mecanizado de metales son usualmente del tipo aceite en agua, es decir agua con un pequeño porcentaje de aceite concentrado disperso en ella. Así las peculiaridades del agua usada pueden tener un efecto significativo sobre la calidad de la emulsión y su rendimiento. Aguas no tratadas son inutilizables por la cantidad de contaminantes y microorganismos que contienen. El uso de agua potable es prácticamente indispensable. Aparte de su limpieza, el agua tiene otras propiedades las cuales pueden afectar la emulsión. Entre las más importantes están: Dureza Agua dura resulta de las sales de calcio y magnesio disueltas en ella. Estas sales pueden reaccionar con los emulsificadores y otros componentes de los aceites emulsionables para formar compuestos los cuales son insolubles en agua y se separan en forma de natas y depósitos pegajosos. Puesto que algunos de los emulsificadores pueden estar involucrados en estas reacciones, la estabilidad de la emulsión puede reducirse formando natas y separación de aceite. Esto es particularmente probable con los aceites emulsionables que contienen emulsificadores

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Módulo Diez aniónicos. Los aceites emulsionables son diseñados para producir emulsiones estables en agua con un cierto grado de dureza, normalmente hasta 20od (cerca de 350 ppm CaCO3). En muchos casos puede resultar más barato usar agua blanda. Sin embargo, si todas las sales duras son removidas hay una mayor tendencia de la emulsión a formar espuma y es por lo tanto más adecuado usar aguas parcialmente blandas o mezclar aguas duras con aguas totalmente blandas para obtener una dureza aproximada de Ca de 5 - 10od (85 - 175 ppm CaCO 3). Aguas muy duras pueden ser ablandadas por la precipitación del calcio y el magnesio con químicos; por ejemplo, con fosfato trisódico o carbonato de sodio. Actualmente es mucho más común usar intercambiadores iónicos los cuales son simples de operar, monitorear y mantener. La estabilidad de los aceites emulsionables cuando son mezclados con agua dura es evaluada por el método DIN 51367. En este método la estabilidad es indicada por un porcentaje del 5% de emulsión que se separa después de 24 horas, en comparación con una emulsión fresca de la misma concentración. La emulsión es hecha con agua cuya dureza es de 20od (cerca de 350 ppm CaCO3).

Mecanizado de Metales Valor de pH El pH de un líquido muestra si este es ácido, neutro o alcalino. El pH del agua usada debería ser neutro, p.e. alrededor de 7, y el pH de la emulsión recién hecha debe estar entre 8 y 9,5 (alcalino). Si el pH es muy bajo la emulsión no ofrece adecuada protección contra la herrumbre en el maquinado de aceros y también su estabilidad puede ser menor. Si por el contrario la emulsión es muy alcalina tenderá a remover las grasas naturales de la piel y a destruir el recubrimiento acídico que sirve para protegerla, facilitando la penetración de bacterias causantes de enfermedades como la dermatitis. Por otra parte, la concentración de microorganismos en una emulsión depende del valor de pH y su rata de propagación es afectada por este valor. Contenido de sales El nivel normal de sales minerales en el agua, como cloritos y sulfatos, generalmente tienen un muy pequeño efecto sobre las propiedades de una emulsión, pero en operaciones de mecanizado donde el calor generado es excesivo, las pérdidas de agua por evaporación son altas y obligan a efectuar rellenos frecuentes. Bajo estas condiciones la concentración de sales en la emulsión se puede incrementar, disminuyendo su estabilidad y por causa de la separación tener una vida de servicio más

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Módulo Diez corta. El incremento en el contenido de sales puede también reducir las propiedades preventivas de corrosión y donde esto ocurra se hace necesario usar agua desalinada para reemplazar aquella que se pierde por evaporación.

Mecanizado de Metales PREPARACION DE UNA EMULSION Para la preparación correcta de una emulsión deben tenerse en cuenta los siguientes pasos: 1. Poner el agua en un recipiente. 2. Agregar el aceite lentamente al agua en un volumen determinado para obtener la relación aceite / agua requerida. 3. Agitar (mezclar) lentamente hasta obtener una emulsión homogénea. Si el procedimiento es invertido, es decir el agua se agrega al aceite se obtiene una emulsión agua en aceite, pero resultará imposible convertirla en una emulsión homogénea aceite en agua aún con periodos prolongados de mezcla. Esto conlleva a inestabilidad de la emulsión con pérdida de propiedades lubricantes y mayor corrosividad sobre los metales.

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Mecanizado de Metales Ya se ha dicho que el aceite en una emulsión provee una cierta cantidad de lubricidad y junto con otros componentes previene la corrosión, pero para que sea efectivo la emulsión debe contener mínimo 1% de aceite emulsificable concentrado. Para operaciones de esmerilado, un contenido de aceite del 1 a 2% es usado con el objeto de prevenir el pulido de la piedra de esmerilar. Sin embargo, para usos generales en talleres la emulsión contiene en promedio entre un 2 y 5% de aceite. Donde se requiere un nivel alto de protección contra la herrumbre y lubricidad extra, las emulsiones pueden contener hasta un 10% o más de aceite. En conclusión, las propiedades lubricantes de una emulsión pueden incrementarse mediante la adición de aceite cuando se están mecanizando materiales más resistentes al corte. La gráfica siguiente ilustra el rendimiento de la herramienta de corte para el mecanizado de diversos materiales y con diferentes relaciones aceite/agua en la emulsión. De la gráfica se deduce que con un acero Ck 45 la vida óptima de la herramienta se obtiene con un 5% de aceite en la emulsión, y para mecanizar un acero X10 Cr Ni Mo Ti 1810 hay menor desgaste de la herramienta usando una emulsión con un 25% de aceite. Así mismo el

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2000

VIDA DE LA HERRAMIENTA

CONTENIDO DE ACEITE EN UNA EMULSIÓN

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Ck 45Steel 1500

1000 42 Cr Mo 4 Steel 500

x 10 Cr Ni Mo Ti 18 10 Steel

5

10

15

20

25

30%

Contenido de Aceite de la Emulsión

Ck 45 es relativamente más fácil de procesar y la vida de la herramienta disminuye a medida que aumenta el contenido de aceite en la emulsión. Esto confirma el efecto combinado del enfriamiento y la lubricación sobre el desgaste de la herramienta de corte. De acuerdo con la dureza del material y la severidad del mecanizado es necesario establecer cuál de los dos factores, lubricación o enfriamiento, es más importante para la vida de la herramienta. La influencia del contenido de aceite sobre la vida de la herramienta es particularmente marcada a bajas velocidades de corte. A mayores velocidades este efecto cae apreciablemente y el impacto de la refrigeración es significativamente más importante.

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500

VIDA DE LA HERRAMIENTA

v=45 m/min 400

300 v=72 m/min 200

v=90 m/min

100

2

10

20

30%

Contenido de Aceite de la Emulsión

Cuando se emplean aceites emulsionables que contienen biocidas,es esencial que la emulsión tenga una mínima concentración recomendada de aceite para asegurar que el biocida resulte efectivo en el control de bacterias y hongos; pero al mismo tiempo esta concentración no debe ser excesiva de tal modo que se prevenga cualquier riesgo de irritación de la piel causada por el mismo biocida.

Mecanizado de Metales Monitoreo y mantenimiento de una emulsión en servicio Concentración Durante las operaciones de mecanizado de metales parte de la emulsión se pierde y a su vez la concentración aceite/agua cambia. En el maquinado, el contenido de aceite de la emulsión en servicio generalmente decrece debido a que el aceite tiene una gran afinidad con los metales y proporcionalmente más aceite que agua es retirado con los residuos o virutas del mecanizado. Donde las temperaturas de mecanizado son muy altas, habrá rápida evaporación de agua y el contenido de aceite se incrementará. Por lo anterior, es absolutamente necesario que las emulsiones sean regularmente monitoreadas para verificar el contenido de aceite. Estos chequeos son particularmente importantes en emulsiones cuyo contenido inicial de aceite está por debajo del 1 ó 2%, debido a que cualquier pérdida desproporcionada de aceite hará que la concentración alcance niveles en los que la protección anticorrosiva es inapropiada. Un balón aforado o tubo calibrado puede ser utilizado para chequear el contenido de aceite de una emulsión. El equipo usualmente consiste en un tubo provisto de una escala graduada y un tapón de vidrio, el cual es llenado con 100 cm3 de emulsión y posteriormente se agrega ácido clorhídrico concentrado. La emulsión se separa entonces y después de un corto lapso de tiempo el contenido de aceite puede ser leído sobre la escala.

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Mecanizado de Metales En forma alternativa, el contenido de aceite de una emulsión puede ser medido más rápidamente con un refractómetro el cual, de hecho, mide el índice refractivo. No obstante, el índice refractivo está relacionado con el contenido de aceite y así las variaciones en concentración pueden ser determinadas con los cambios en el índice refractivo.

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Módulo Diez Donde se utilice el refractómetro para monitorear constantemente una emulsión, es aconsejable hacer chequeos ocasionales con un balón aforado, por ejemplo usando ácido. El tanque debe mantenerse lleno con emulsión hasta el nivel recomendado. Esto requiere completar nivel regularmente, lo cual se hace agregando aceite emulsionable fresco o emulsión. Una vez medida la concentración, esta se debe corregir agregando una emulsión correctora de concentración conocida. La cantidad a agregar se puede conocer mediante la regla de la Cruz de San Andrés.

CE

PCE CR

Este método resulta más preciso y seguro en la medida en que la emulsión esté más finamente dispersa. De hecho, resultados absolutamente seguros solamente pueden ser obtenidos para soluciones; pero de cualquier modo es un método suficientemente preciso para el monitoreo de emulsiones en servicio dado que los instrumentos se calibran para cada aceite emulsionable o solución usada. La presencia de espuma debe ser removida y la emulsión filtrada para eliminar los contaminantes.

CC

PCC

CR: Concentración recomendada. CE: Concentración que hay en el depósito. CC: Concentración correctora.

Mecanizado de Metales PCE: Volumen de emulsión. PCC: Volumen emulsión correctora a agregar por cada volumen de emulsión existente. Entonces: PCE= CC-CR PCC= CE-CR En general, es preferible completar nivel con emulsión fresca. Si por el contrario, el contenido de aceite en la emulsión se ha incrementado es necesario usar un debilitador de emulsión, cuyo volumen también está limitado por la concentración requerida en el sistema.

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Mecanizado de Metales PH DURANTE EL SERVICIO Como ya se ha mencionado, el pH de una emulsión es el principal factor que afecta su rendimiento en operación. El pH de una emulsión nueva oscila generalmente entre 8 y 9.5, pero puede reducirse durante el servicio debido a contaminación con material ácido remanente de las operaciones previas de mecanizado o como consecuencia de la degradación bacterial del aceite emulsionable. Para que las propiedades anticorrosivas y la estabilidad de la emulsión se mantengan es vital asegurar que el pH esté siempre en el rango previamente definido. Por tal razón, el pH de la emulsión debería monitorearse a través de toda su vida en servicio.

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Mecanizado de Metales CONTAMINACION CON FUGAS DE ACEITE (TRAMP OIL) Los lubricantes de la máquina herramienta tales como el aplicado en las guías y el aceite hidráulico, p.e., el procedente de los cilindros de filtrado casi inevitablemente van a parar al sistema de fluido de corte. Donde éste contiene aceite puro, la adición de tales lubricantes no afecta dramáticamente la eficacia del aceite de corte o su vida, ya que se compensan estas fugas con los rellenos y cambios de aceite nuevo. Por el contrario, si la máquina utiliza emulsiones aceite en agua como fluido de corte, la eficacia y su vida útil puede ser seriamente afectada. Una pequeña cantidad de lubricante puede ser emulsificado, pero la mayor parte de éste, llamado "Tramp Oil", permanece en forma de gotas que eventualmente forman una capa flotante en la superficie del fluido en el tanque de almacenamiento. Grandes gotas de aceite pueden conducir a gradientes de enfriamento erróneos y desiguales; también pueden causar embotamiento de las muelas de rectificar, y de aquí un acabado superficial inaceptable. La estabilidad de la emulsión puede también ser afectada de forma adversa por el influjo de aceite lubricante, y la capa de aceite que cubre la superficie del fluido en el tanque, es un campo de cultivo para las bacterias anaeróbicas.

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Módulo Diez Un rápido signo de esta condición es el olor desagradable a sulfídrico que se origina cuando se pone en marcha el sistema después de una parada.

Mecanizado de Metales CONTAMINACION CON POLVO METÁLICO La operación de mecanizado esta siempre acompañada por la transformación del metal desechado en virutas u otras partículas de variadas formas y tamaños. En el rectificado también se desalojan partículas de arena y de agente aglomerante de las muelas de rectificar. Si no se toma acción para eliminar estas partículas de metal y otros sólidos del fluido de corte su eficacia se reducirá. Donde la velocidad de flujo de las gotas del refrigerante es objeto de fuerzas centrífugas, algunas de las partículas se separarán y si esto sucede en las tuberías, p.e., en curvas pronunciadas, el flujo del refrigerante eventualmente empeorará, lo cual conduce a menos enfriamiento de la herramienta y a menor efectividad de desplazamiento de las virutas. Esto da lugar a temperaturas más elevadas, un mayor desgaste de la herramienta y deficientes acabados superficiales. Hay varias formas de conseguir este grado de limpieza, combinando medios para separar el polvo metálico como los ciclones, filtros de malla de alambre, de metal sinterizado o de papel, filtros de fibras y centrífugas. La combinación requerida depende del tipo de operación y del tipo de fluido de corte. Así, un torneado de acabado fino o un rectificado requieren un fluido más limpio que una operación de tallado o fresado.

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Módulo Diez Emulsión Limpia

Emulsión Sucia

Vertedero

Bafle

Sección de Sedimento

Sección de Emulsión Limpia

Plato

Lodo

Tanque de separación de contaminantes por gravedad

Filtración de una emulsión El método simple de limpieza o separación de sólidos contaminantes por gravedad mediante una trampa de sedimentos, ilustrado anteriormente, es raramente empleado debido a su pobre eficiencia y a que la remoción de los lodos del fondo del tanque es difícil y costosa. La instalación de bandas o correas raspadoras permite un retiro continuo de lodos y partículas lo que disminuye el tiempo de contacto de la emulsión con los contaminantes, pero la eficiencia en la limpieza es todavía pobre. Emulsión Sucia Motor Emulsión Limpia Vertederos

Contenedor de Lodo

Correa Raspadora

Sección de Emulsión Limlia

Tanque equipado con bandas raspadoras para remover lodo

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La separación por gravedad puede ser mejorada y acelerada si la emulsión se somete a fuerza centrífuga. Este principio es usado en los separadores tipo ciclón, centrífugas y separadores centrífugos.

Emulsión Sucia Trampa de Aceite - Fase Liviana Emulsión Limpia - Fase Liviana

Platos Separados

Emulsión Sucia Material Sólido

Emulsión Limpia

Emulsión Limpia

Separador Centrífugo

Separador Centrífugo

Trampas de “Mugre”

Material Sólido

Clarificador Centrífugo

Clarificador centrífugo

En el caso de los separadores tipo ciclón, la emulsión contaminada es alimentada tangencialmente por la parte superior de un recipiente cónico invertido. La alta aceleración centrífuga debida a la trayectoria circular que sigue la emulsión causa que las partículas sólidas se separen de ella hacia los lados del cono y luego desciendan hasta el fondo del ciclón como lodo espeso. La emulsión limpia retorna al centro del cono y sale por la parte superior del separador. Los hidrociclones son frecuentemente usados en los sistemas de máquinas para operaciones de esmerilado trabajando con

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aceros. Estos son menos útiles en el maquinado de hierro fundido porque las partículas de grafito del metal son relativamente livianas y difíciles de separar; en consecuencia, el grafito tiende a acumularse en la emulsión.

Emulsión Limpia

Emulsión Sucia

Emulsión Limpia Pantalla

Emulsión Sucia Barras Magnéticas

Filtro magnético Material Sólido Lanzado Hacia la Periferia del Cono por la Acción de la Fuerza Centrífuja

La Emulsión Limpia Sube por el Centro del Cono El Material Sólido Cae al Fondo del Cono para su Remoción Hidrociclone Hidrociclone

Los filtros magnéticos han sido efectivos para la remoción de las virutas durante el mecanizado de metales ferrosos. Sin embargo, son menos efectivos cuando las partículas de metal se adhieren a ellos formando capas gruesas que obligan a una limpieza regular para mantener su eficiencia.

Los filtros de cilindro y banda magnética son automáticos porque las partículas de metal son continuamente removidas cuando el rodillo o cilindro gira. Experimentos han demostrado que los separadores magnéticos son también capaces de remover del sistema algunas de las impurezas no metálicas, por ejemplo arenilla y residuos de la piedra de esmerilar, atrapándolas junto con las partículas ferrosas. Los filtros magnéticos son ampliamente usados para el tratamiento de aceites de corte. Otro tipo exitoso de filtro es el de banda o correa, en el que papel, membranas o telas tupidas pueden ser usadas como medio filtrante. El flujo de líquido a través de la banda puede ser por gravedad, pero otros tales como los filtros de vacío usan succión para incrementar el flujo. Con emulsiones, los filtros de alimentación por gravedad tienen una capacidad aproximada de

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Rodillo Triturador Emulsión Sucia

Tambor Magnético Desprendedor

Partículas de Metal Ferrosas y Lodos Emulsión Limpia

120 l/min por cada m 2 de área filtrante. Los filtros de banda con vacío, usando el mismo medio filtrante, pueden manejar cerca de cuatro veces el caudal anterior. Los filtros de banda son automáticos y pueden ser usados para prácticamente todos los fluidos y con un amplio rango de relaciones de filtración. El hecho que diferentes medios filtrantes pueden emplearse significa que los filtros son adaptables a requerimientos específicos.

Filtro de cilindro o tambor Magnética Emulsión Limpia Emulsión Sucia Flotador de Accionamiento por Correa Conductora Lodos Depositados en el Filtro

Emulsión Sucia

Distribuidor Emulsión Sucia

Banda de Soporte del Filtro

Banda Magnética

Emulsión Filtrada Contenedor de Lodo

Rodillo de Papel Filtrante

Filtro de cilindro o tambor Magnética

Partículas de Metal Ferrosas y Lodos

Filtro de banda o correa magnética

Mecanizado de Metales CONTAMINACIÓN POR BACTERIAS Y HONGOS Es importante reconocer que los microorganismos encontrados en los sistemas de aceites de corte normalmente provienen de otras fuentes que del aceite en sí mismo. Se ha demostrado que los hongos y las bacterias procedentes de suciedad, agua y materias orgánicas son contaminantes comunes de los fluidos de corte. También son producidos por malos hábitos de higiene de los operarios de las máquinas herramientas, ya que en ocasiones se ha encontrado que utilizan los tanques de almacenamiento como depósito de residuos de comida, colillas de cigarrillo y excrementos. En ausencia de agua, los fluidos de corte no son susceptibles de crecimiento de bacterias. Así, aceites que son usados puros probablemente no tendrán estos problemas a menos que sean contaminados con agua. De igual forma tampoco existirán problemas con los aceites emulsionables durante su almacenamiento antes de proceder a su dilución. No obstante, una vez que están en forma de emulsiones pueden empezar a ser vulnerables al ataque. Tipos de microorganismos El crecimiento de bacterias en los sistemas de aceite de corte, se dividen en dos grupos principales: Aeróbicas y anaeróbicas.

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Módulo Diez Las bacterias aeróbicas se encuentran en sistemas que están bien aireados y normalmente su temperatura es de 30oC aprox. Sin embargo, pueden existir un tipo de bacterias aeróbicas a temperaturas más altas variando de 55 a 60oC. Ambos tipos degradan el aceite de corte a pHs. de 4,5 a 6,5. Las bacterias anaeróbicas se multiplican en condiciones donde no hay aire, particularmente cuando la emulsión tiene en su superficie una capa de aceite que impide la entrada de aire. Entonces actúan como sulfato reductores, conduciendo a la formación de sulfídrico. Moho (hongos) y fermentos se encuentran también en los sistemas de aceite de corte, generalmente, cuando la dureza del agua es muy baja. Factores influyentes en el crecimiento de microorganismos El medio ambiente de trabajo de los fluidos para mecanizado de metales puede afectar considerablemente el tipo de crecimiento de las bacterias. Los principales factores son: - El rango ideal de pH para el crecimiento de microorganismos está entre 6 y 9. Las bacterias prefieren el límite superior del rango (9), mientras que los hongos el valor bajo (6). - La concentración de la solución también

Mecanizado de Metales afecta considerablemente el crecimiento de bacterias. En general, en las soluciones más débiles se multiplicarán más rápidamente las bacterias y hongos. Sin embargo, proporciones de 20-50:1 son las óptimas para el crecimiento de bacterias y en proporciones superiores a 50:1 la concentración de materias oxidables (alimento potencial por las bacterias) es el principal factor con respecto al crecimiento. - Hay una gran relación entre la dureza del agua y el deterioro de los fluidos de corte. La dureza afecta el mecanismo de la descomposición y hay evidencias que demuestran que el uso de agua dura como diluyente puede causar un incremento en el crecimiento de bacterias. Contrariamente, los hongos pueden ser detenidos por el incremento de la dureza del agua. - Los efectos de la orina en el crecimiento de bacterias en diferentes refrigerantes han sido cuidadosamente estudiados. En cualquier caso este tipo de contaminación conduce a un incremento en la degradación del aceite, cuyos efectos son particularmente perceptibles en los ensayos de corrosión. Comidas y otros materiales similares tienen un efecto semejante.

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Módulo Diez Significancia de la Descomposición del Aceite en la Práctica Pérdida de la estabilidad de la emulsión

Las emulsiones consisten esencialmente en millones de pequeñas gotas de aceite emulsificadas en la fase agua. El tamaño de las partículas de estas gotas es suficientemente pequeño para poder moverse en el área de lubricación, entre la viruta y la herramienta, y actuar como reductoras de fricción. Uno de los efectos del desarrollo bacterial es la descomposición de los agentes emulsificantes. Esto conduce a la aglomeración de partículas de aceite formando gotas más grandes. La efectividad de éstas últimas partículas como reductoras de fricción es muy inferior debido a su menor movilidad y por consiguiente, en la zona de lubricación comienza a escasear el aceite, incrementándose la fricción y la temperatura, con el consecuente deterioro de la herramienta y del acabado superficial de la pieza. Pérdida de las propiedades lubricantes

La mayoría de los fluidos de corte contienen componentes que les imparten propiedades lubricantes, como p.e., aceites minerales, ésteres de ácidos grasos, aceites animales y vegetales. También se usan humectantes para aumentar la propiedad del agua para mojar las herramientas y piezas mecanizadas. Estos componentes lubricantes son directamente atacados por las bacterias y su efectividad disminuye rápidamente lo que conduce a

Mecanizado de Metales un aumento en la fricción y reducción en su dispersión. Filtración y bloqueo del sistema

La viscosidad de los aceites de corte se puede incrementar grandemente como resultado de la actividad bacteriológica, conduciendo a la destrucción de filtros, clarificadoras y bombas. En el caso de sistemas de fluido de rectificado, los filtros de papel se pueden estropear de tal forma que no eliminan el polvo lo que produce un acabado superficial deficiente, embotado de las muelas de rectificar y "quemado" de la pieza rectificada. Manchas y corrosión

El material corrosivo producido por la degradación del aceite puede corroer las piezas mecanizadas. El grado de extensión de la corrosión depende del desarrollo bacteriológico, la composición del aceite y el tipo de metal a mecanizar. Entre los efectos más importantes de la corrosión están los siguientes: - Corrosión de metales amarillos por sulfuros. - Corrosión de aluminio por complejos de amonio. - Corrosión del cobre y bronces por ataque de amoníaco formado por la descomposición de los compuestos anticorrosivos tipo amina.

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Módulo Diez - Corrosión de metales amarillos y ferrosos debido a la rápida descomposición del nitrito sódico y/o aminas. Efectos en los sistemas de circulación

Los sistemas de circulación y tanques son muy vulnerables a la corrosión procedente de los productos descompuestos. Esto puede causar fugas de fluido y potencial ataque a superficies metálicas y estructuras de cemento y hormigón, a menos que estén apropiadamente tratadas. El hormigón es vulnerable a tales ataques después que su pH se reduzca a 8,5 aprox. por la reacción del óxido de calcio libre del cemento con dióxido de carbono de la atmósfera. Olor

El olor a sulfídrico en un sistema de aceite de corte puede atribuirse siempre a la descomposición del aceite. Sin embargo, hay olores que pueden ser causados por los componentes del aceite. Irritación de la piel

La irritación de la piel puede sobrevenir por una combinación de la acción desengrasante de los aceites de corte y una abrasión física con el polvo metálico de los sistemas. Se debe puntualizar que la irritación de la piel por si misma no es indicación de infección bacteriana. Pieles sensibles pueden tener problemas con fluidos en perfectas condiciones, y

Mecanizado de Metales bactericidas de tipo no adecuado o usados a altas concentraciones, pueden agravar esta situación. Reducción de la vida del aceite

Aparte de los inconvenientes operacionales que se deducen de la descomposición de los fluidos de corte, los costos adicionales en que se incurren son también importantes. El uso de bactericidas puede prolongar la vida útil de un fluido con tal que estén presentes en concentraciones que puedan controlar el crecimiento bacteriológico. Sin embargo, si la infección prevalece, la vida del fluido se reduce drásticamente. Identificación de microorganismos Muestreo de la emulsión

Es necesario monitorear la contaminación con bacterias de modo que se prevenga su proliferación. La muestra de emulsión debe ser representativa del sistema. Las siguientes notas dan una orientación sobre la toma de muestras: Si hay algún problema, se deben tomar muestras semanales o más frecuentemente; siempre estando el fluido en circulación. Si el sistema no está en funcionamiento, se deben encender las bombas y mantener el fluido circulando durante diez minutos como mínimo, antes de tomar la muestra.

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Módulo Diez Esto debido a que las bacterias pueden alojarse en el barro del fondo o emigrar a la crema de la capa superficial y por lo tanto la muestra no contendrá una representación real de la población bacteriana. Donde sea posible la muestra se toma del punto de mecanización, de una línea de retorno, o desde el sitio donde el fluido de retorno fluye al depósito. Las muestras se deben tomar en botellas estériles de vidrio o de plástico. Para tomar la muestra, se abre la botella e inmediatamente se coloca bajo el fluido hasta que se llene totalmente cerrándola a continuación. Las muestras se deben examinar lo más rápidamente posible ya que las bacterias son afectadas por condiciones ambientales como temperatura, luz, materias orgánicas y partículas metálicas. Algunas bacterias son más fuertes y sobreviven en condiciones en que otras mueren en un plazo de uno a tres días. Métodos para la determinación de la población bacteriana

Hay varios procedimientos adecuados para determinar "in situ" la población bacteriana. Sin embargo, la correlación entre los ensayos de laboratorio y los realizados "in situ" no es muy clara en muchos casos. Uno de los métodos más usados es el conocido como "inmersión de platina".

Mecanizado de Metales El ensayo utiliza una platina o placa esterilizada, que contiene dos o tres partes nutrientes, la cual se sumerge en el fluido a ensayar, preferiblemente donde éste fluye para refrigerar la pieza mecanizada. Posteriormente, la platina se seca y se coloca en un recipiente incubador que controla la temperatura al nivel adecuado. En la mayoría de los casos una temperatura de 37oC durante toda la noche es suficiente para producir un cultivo satisfactorio. La densidad de las colonias cultivadas en el medio se compara con los patrones estándares.

Levaduras

Hongos

Bacterias

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Módulo Diez Niveles de rechazo

El nivel de la población de bacterias que justifica el rechazo del fluido o la necesidad de tratamiento es casi subjetivo. No obstante, a término general se recomienda lo siguiente: - 105 bacterias/ml es un nivel al cual se debe hacer un tratamiento del fluido. - 107 bacterias/ml o más es un nivel al cual el fluido debería ser reemplazado. La necesidad de establecer niveles precisos en cada sistema depende de la velocidad de crecimiento de las bacterias y de la práctica operacional.

Mecanizado de Metales METODOS PARA COMBATIR LOS MICROORGANISMOS Los siguientes factores tienen un efecto significativo en la reducción del riesgo de contaminación bacteriana. Diseño del sistema de circulación Las emulsiones están en continua circulación durante el servicio y el sistema debe ser diseñado de modo que su contenido pueda ser chequeado fácil y correctamente. La parte más importante del sistema de circulación es el tanque. Los tanques de almacenamiento de emulsiones para corte de metales construidos dentro de la base o pedestal de las máquinasherramientas, en general no conducen a buen mantenimiento de las emulsiones. Esto se debe al limitado acceso al interior del tanque para su limpieza y también por el espacio “muerto” y las cavidades formadas, por ejemplo, por las bandas o varillas de refuerzo, que hacen imposible remover toda la emulsión vieja cuando se drena el sistema, antes de introducir una nueva carga. Los depósitos permanecen y las bacterias proliferan en estos espacios inaccesibles para contaminar la nueva carga y reducir su vida. Las máquinas que tienen sistemas de circulación individuales deberían ser abastecidas de emulsión desde un tanque separado el cual fuese fácilmente accesible y simple su limpieza.

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Módulo Diez Los sistemas de circulación grandes, que sirven para abastecer de emulsión a un número de máquinas, preferiblemente de un tipo similar ejecutando operaciones similares, proveen condiciones favorables para prolongar la vida de la emulsión. Los tanques son generalmente divididos en compartimentos, los cuales minimizan la turbulencia ocasionada por el flujo de emulsión y permiten que los contaminantes sólidos, incluso los de menor tamaño, sean atrapados por el filtro. Los depósitos remanentes pueden ser removidos cuando la emulsión es cambiada. Si no hay filtros en la línea de retorno antes del tanque, debe incorporarse en éste una trampa de sedimentos para remover las virutas y otros residuos sólidos. Esta trampa de sedimentos debe ser limpiada manualmente cuando se cambia la emulsión. No obstante, este no es un método muy satisfactorio debido a que el residuo retenido en el tanque ocupa espacio que debería ser ocupado por la emulsión. También se puede reducir la vida de la emulsión al mantenerse en contacto con los contaminantes. Las trampas de sedimentos deben tener preferiblemente una correa o banda raspadora de modo que los residuos separados sean removidos continuamente. El uso de una banda raspadora elimina la necesidad de costosos y arduos trabajos de limpieza manual, y también contribuye a incrementar tanto la vida de la emulsión como su rendimiento en operación.

Mecanizado de Metales El tanque usado en un sistema de circulación debe ser suficientemente grande para almacenar una cantidad igual a 10 veces la máxima capacidad de la bomba de circulación. Esto significa que si la emulsión circula cerca de seis veces en una hora, el tanque contiene 10 minutos de suministro. Esto debe ser tomado como un mínimo requerimiento y tanques de tamaños mayores deben usarse donde limpiadores de emulsión y largas vida de servicio son requeridos. Uso de biocidas Los biocidas varían en efectividad de acuerdo con su tipo y concentración. Algunos son demasiado específicos y en muchos casos se degradan rápidamente, sin resolver completamente el problema. Para que los biocidas sean realmente efectivos y aceptables deben cumplir los siguientes criterios: - Deben ser compatibles con el fluido en que se usan. De lo contrario, pueden darse interacciones entre los componentes del fluido y el biocida causando degradación del aceite. - El biocida debe tener un espectro de actividad amplio para que sean efectivos contra bacterias, hongos y levaduras. - El nivel necesario de dosificación del biocida debe ser tal que no resulte insuficiente ni

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Módulo Diez tampoco excesivo. Si la concentración es muy baja, por ejemplo por debajo de la dosis letal, la efectividad del biocida se reduce drásticamente y los microorganismos pueden sobrevivir y desarrollar resistencia; si la concentración es muy alta, hay mayor riesgo de irritación en la piel de los operarios. - Algunas veces los bactericidas y fungicidas son mezclados para obtener los efectos globales requeridos. La práctica general es adicionar un paquete biocida a la emulsión con intervalos de tiempo establecidos para obtener protección continuada. - Como los microorganismos pueden desarrollar resistencias a las sustancias usadas para su control resulta necesario cambiar de biocida con cierta periodicidad. Tratamiento del sistema con ozono Otro método de esterilización es el basado en las bien conocidas propiedades antibacterianas del ozono, que puede resultar interesante en grandes sistemas centralizados. La técnica de ozonización comprende la inyección directa en el seno de la emulsión de aire conteniendo ozono generado "in situ". Limpieza del sistema Hay varios productos en el mercado desarrollados especialmente para la limpieza de sistemas de aceites de corte. La acción de la

Mecanizado de Metales mayoría de estos limpiadores es similar y los principios generales para su uso son: Aplicación El limpiador se añade al depósito en la proporción recomendada (aprox. 2%). Se deja en circulación durante seis u ocho horas y luego se vacía el sistema. Es preferible volver a limpiar el sistema con una solución nueva de agua limpia y caliente. Precauciones de manejo Los sistemas limpiadores son mezclas de compuestos químicos en solución, por lo cual deben ser tratados con precaución y nunca utilizados sin diluir. Es, por supuesto, muy importante verificar que cualquier limpiador usado en esta forma sea especialmente formulado de tal modo que no afecte el rendimiento de la emulsión o imponga alguna restricción sobre su subsecuente disposición. También, se recomienda usar guantes y gafas protectoras cuando las soluciones se usan para la limpieza de las superficies externas de la máquina. Prácticas generales de taller A continuación se reseñan los principales aspectos a tener en cuenta para que los sistemas de aceite de corte, tanto puros como emulsiones, permanezcan en buena condición.

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Módulo Diez - Asegurar que las bombas, recipientes, mangueras y embudos usados para el vaciado o cargue de los depósitos de las máquinas herramientas son conservados en condiciones de limpieza y no se empleen para labores diferentes donde puedan contaminarse. - Si por alguna razón una máquina herramienta que emplea emulsiones va a ser parada por un período de tiempo superior a una semana, debe ser drenada hasta evacuar totalmente el fluido de corte. No dejar el fluido refrigerante estancado en la máquina por ningún motivo. - No hacer adición alguna de desinfectantes a los fluidos de corte, debido a que puede resultar más perjudicial. - No arrojar al fluido materias de desecho como comida, colillas de cigarrillo, papeles, tapas de botellas, etc., o escupir en los tanques de almacenamiento. - Donde hay sistemas centralizados de fluido de corte se debe evitar el ingreso de suciedad a través de las tapas cuando se realiza la limpieza de los sitios de trabajo. - No permitir que haya excesivas fugas de aceite mineral a los fluidos de corte. Esto puede reducir considerablemente la vida útil del fluido y a menudo son causa de malos olores.

Mecanizado de Metales - Almacenar los tambores de aceite emulsionable bajo techo para que no estén expuestos a los efectos de extremo calor o frío intenso.

- No almacenar los tambores en forma vertical con las tapas hacia arriba. La parte superior del tambor se puede llenar de agua y debido a que éste "respira" con los cambios de temperatura, el agua puede llegar a ser absorbida a través de los tapones.

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Módulo Diez - Los tambores de uso continuo deben mantenerse en posición horizontal, sellados herméticamente y con las tapas formando una línea paralela al suelo.

Mecanizado de Metales CAMBIANDO LAS MAQUINAS HERRAMIENTAS DE ACEITES PUROS A EMULSIONES Cuando las máquinas herramientas son convertidas de utilizar aceites de corte puro a emulsiones es importante tener cuidado especial para prevenir que la emulsión contamine, ya sea por fugas o salpique, las guías de desplazamiento de los carros portaherramienta y de esta forma remueva el lubricante normal utilizado en estos puntos, conduciendo a incremento en el desgaste y corrosión. De igual forma, no se debe permitir que la emulsión ingrese a las cajas de engranajes o al sistema hidráulico. Los sellos, mangueras y molduras deben ser resistentes a las emulsiones, por lo que a menudo estos tienen que ser cambiados cuando las máquinas herramientas son convertidas. Aún siguiendo las recomendaciones mencionadas anteriormente, las máquinas herramientas que usan emulsiones deben ser inspeccionadas y reparadas más frecuentemente. En particular, el desgaste de las guías de los carros es generalmente más alto con emulsiones que con aceites de corte puros.

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Mecanizado de Metales DISPOSICION DE EMULSIONES USADAS Las emulsiones usadas no deben ser vertidas en los sistemas de desagüe, alcantarillas o ríos. Todas las sustancias que son de alguna manera biodegradables deben ser separadas. El método de separación usado depende de: - La composición del agua típicamente usada en los fluidos de corte. - Su condición. - Las condiciones particulares de operación, por ejemplo el nivel de contaminación y el tipo de contaminantes. - La legislación local. Inicialmente hay que dar un tiempo prudencial de reposo a la emulsión para permitir que cualquier aceite libre (trampa de aceite o aceite separado de la emulsión) llegue a la superficie donde puede ser removido. Los separadores mecánicos, por ejemplo los separadores multi-plato, han probado ser muy efectivos en la separación preliminar de aceite. Cualquier cantidad de aceite que pueda ser removida de esta forma, reduce la carga sobre los equipos especializados usados para la separación de la emulsión y así se reducen los costos.

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Módulo Diez Proceso de disposición de emulsiones usadas El proceso normal de disposición de emulsiones puede dividirse así: Disposición a través de contratistas. Este es el método más barato para pequeñas fábricas y antes de instalar una planta de separación deberían efectuar un análisis comparativo de costos con respecto a lo que se indica a continuación. Separación de emulsiones. La mayoría de las emulsiones usadas en el maquinado de metales pueden ser separadas mediante la adición de ácidos, en forma similar al procedimiento usado para determinar el contenido de aceite en una emulsión. Lo más común, sin embargo, son las plantas donde las sales de los ácidos fuertes son el agente de separación. Los residuos de estas plantas son menos ácidos que los de aquellas que usan ácidos puros y por lo tanto su neutralización puede no ser necesaria. Los agentes de separación más comunes son: 1. Cloruros de magnesio. 2. Sulfato de hierro. 3. Sulfato de aluminio. 4. Sales comunes.

Mecanizado de Metales Después de la separación, la fase de aceite puede ser removida manteniendo la emulsión en tanques de asentamiento y recogiendo el aceite separado en la superficie, o empleando el método de centrifugación. La separación tiene la ventaja que el aceite y el agua son separados como líquidos pero como la fase agua usualmente contiene partículas de aceite dispersas por encima de los límites aceptables para su disposición, un tratamiento adicional es requerido para su eliminación. Además, la fase agua también contiene materiales solubles en ella provenientes del aceite emulsionable y de los agentes de separación, los cuales pueden requerir neutralización. El tratamiento adicional de la fase agua usualmente incluye la formación de un FLOC de hidróxido metálico (generalmente de sulfato de hierro o aluminio). El aceite es absorbido por el FLOC y luego es sumergido en el fondo del tanque, como un lodo, o elevado hacia la superficie por los gases producidos por la electrólisis de la fase agua. El lodo resultante o la espuma (natas) son removidos y sometidos a un proceso de secado, para luego ser quemados o descargados como basura industrial. El contenido de aceite en el agua después de la floculación generalmente satisface los requerimientos de la legislación ambiental. El siguiente diagrama muestra el tratamiento adicional de la fase agua por floculación en una planta de separación por sales o ácido.

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Módulo Diez

1. Tanque receptor de emulsión usada.

6. Tanque de agentes neutralizadores.

2. Intercambiador de calor.

7. Tanque del agua de desecho.

3. Tanque de agente de separación.

8. Tanque de floculación.

4. Tanque de separación: donde el agente de

9. Tanque de lodos húmedos.

separación y la emulsión son mezclados.

10. Filtro prensa para el secado de los lodos.

5. Centrífuga.

Agente de Separación Emulsión Usada

Agitador “Chaqueta” de Calentamiento

3

2

4

5

1 Agua Separada por el Tratamiento Posterior 6

Floculantes

Aceite Separado

Aceite Separado Lodo

8

7

9

10

Lodo Transportador de Tornillo

Filro Prensa Agua Limpia

Mecanizado de Metales Tratamiento por absorción Una emulsión también puede ser separada mediante la combinación de agentes de separación y absorción. Los componentes solubles del agente de separación separan la emulsión, y el aceite separado es capturado por el agente de absorción (ácido silícico hidrofóbico microdispersado). La filtración, subsecuente, produce agua muy limpia, con un contenido residual de aceite el cual es usualmente aceptable para su disposición en alcantarillas. Los lodos residuales que contiene el aceite pueden ser secados y luego quemados. El equipo requerido para este proceso es relativamente barato pero el costo de los agentes de separación es alto y se incrementa con el contenido de aceite en la emulsión. Este proceso es, por lo tanto, muy útil para empresas que manejen pequeñas cantidades de emulsión y sobre todo con bajos contenidos de aceite. Este proceso también puede ser empleado para el tratamiento final del agua que ha sido separada de una emulsión. Evaporación de la fase de agua Un método obvio de separación de emulsiones es sometiéndola a calentamiento para retirar el agua, dejando el aceite solo. Hay una gran variedad de equipos disponibles para este propósito, como son los quemadores de combustión sumergida, evaporadores rotatorios, evaporadores de película delgada, etc.

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Módulo Diez El principal problema con los métodos de evaporación es el diseño del equipo para mantener el consumo de energía en un nivel económico. Los métodos de evaporación resultan ventajosos desde el punto de vista medioambiental debido a que no es necesario el uso de químicos adicionales, como los agentes de separación, que contribuyen a incrementar el volumen de desechos en la disposición final. Prácticamente todo el aceite y otros contaminantes son separados cuando el agua es evaporada. No obstante, el condensado contiene algunas gotas de aceite finamente dispersadas las cuales son arrastradas en la corriente y tienen que ser removidas con el uso de filtros de carbón activado. Los procesos de evaporación son principalmente útiles para empresas con operaciones continuas que emplean emulsiones con altos contenidos de aceite. Ellos son económicos para operar donde grandes volúmenes de emulsión están presentes y su creciente importancia radica en su gran aceptación medioambiental. Combustión Las emulsiones que no contienen más del 30% de agua pueden ser quemadas en quemadores especiales. Si el contenido de agua está por encima de este nivel, es posible agregar la emulsión al aceite combustible nuevamente sin exceder un máximo contenido de agua del 30%. La combustión de emulsiones puede ser un buen medio para su disposición, pero antes de

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ponerlo en práctica es indispensable obtener mayor información pues se tiene el riesgo de corrosión y otros daños a la caldera u horno causados por cualquiera de sus componentes. Ultrafiltración por membrana de separación Las emulsiones de aceite en agua pueden ser separadas mediante un proceso de ultrafiltración, el cual emplea una membrana semi-permeable para efectuar la separación. La permeabilidad (o tamaño del poro) de la membrana permite que el agua, las sales solubles en el agua y los emulsificadores presentes en la emulsión, pasen a través de ella, pero las moléculas de aceite son retenidas.

La ultrafiltración requiere de una presión baja, entre 15 y 150 psi, para que tenga una rata de flujo razonable a través de la membrana. Debido a la circulación bajo presión sobre la membrana, el agua y los elementos solubles en el agua pasan a través de ella y la concentración de la emulsión se incrementa. Cuando la concentración ha alcanzado valores cercanos al 50%, la emulsión puede mezclarse con otros aceites usados y luego quemados como combustibles de hornos o calderas. Si no se aplica la alternativa anterior, el contenido de agua en la emulsión puede ser reducido, aún más, para obtener una mayor concentración y proceder a su disposición por otros medios como los contratistas. La ultrafiltración no requiere químicos adicionales y es por esto que tiene gran aceptación medioambiental. El agua separada por este método está virtualmente libre de aceite y es posible su reutilización en algún proceso sin tratamiento adicional. Si la intención es reutilizarla para preparar emulsiones nuevas, es aconsejable hacer un chequeo previo para asegurar que su contenido de sales no es significativamente alto para causar problemas.

Membrana Agua

Sal

La ultrafiltración es particularmente útil para grandes empresas en las que el agua de desecho de otras plantas, por ejemplo de pintura, es también reutilizada. Si el agua separada no es utilizada, se requiere entonces efectuarle un tratamiento adicional para remover las sales

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solubles. La ósmosis reversible, un proceso similar a la ultrafiltración pero usando membranas con tamaño de poro más pequeño y altas presiones, puede ser usada.

Colector Permeable

Elemento Tubular para Ultrafiltración

Carcaza en PVC

Salida del Agua y Sales Solubles en Agua

Tubería de Acero para Soporte del Elemento

Molécula de Agua Molécula de Aceite

En el caso de emulsiones que contengan nitrito de sodio, debe hacerse un chequeo para verificar que su nivel cumple con la regulación local, antes de arrojarlo a las alcantarillas. Si el nivel de nitrito es muy alto, debe realizarse un tratamiento para convertirlo en un compuesto no tóxico. Por ejemplo, la adición de ácido aminosulfónico convierte el nitrito a sulfonato acompañado de nitrógeno gaseoso, pero de cualquier modo, este tratamiento no reducirá el contenido total de sales.

Las diferentes composiciones de las emulsiones desechadas a nivel industrial hacen que los métodos de absorción y separación, los cuales funcionan con emulsiones sin usar, no necesariamente sean aplicables después que han sido usadas. Es por tal razón aconsejable que se determine mediante pruebas de laboratorio sobre emulsiones usadas cuáles son los agentes de separación o absorción más efectivos, antes de adoptar su uso en grandes escalas de tratamiento. Los resultados de los procesos de evaporación, combustión y ultrafiltración no dependen de la calidad de la emulsión usada y pueden ser empleados en prácticamente todos los casos sin necesidad de pruebas preliminares.

Mecanizado de Metales ASPECTOS DE SALUD E HIGIENE INDUSTRIAL EN EL MANEJO DE EMULSIONES Como ya se ha mencionado, una emulsión está compuesta por un aceite emulsionable dispersado en agua, en ocasiones con la adición de un biocida. Por lo regular, no es posible modificar significativamente el balance químico de una emulsión sin el riesgo de tener efectos adversos sobre su estabilidad y rendimiento. Es posible, por supuesto, que cualquiera de los componentes contenga elementos que sean irritantes para pieles sensibles. En general, los fluidos Shell para el mecanizado de metales están formulados con bases minerales que no representan riesgo para los usuarios cuando son manejados correctamente, y unos buenos estándares de higiene personal e industrial son adoptados. Estos fluidos son ligeramente irritantes de la piel pero son bien tolerados si hay contactos normales. Sin embargo, el contacto frecuente y prolongado con aceites minerales puede en algunos casos causar diferentes formas de irritación de la piel (dermatitis) y, en circunstancias excepcionales, condiciones más serias como cáncer de piel. Los aceites de corte emulsionables son normalmente alcalinos y pueden remover las grasas naturales de la piel humana causando resequedad y erupciones. Los desórdenes en la piel están convirtiéndose en un problema serio para la medicina indus-

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Módulo Diez trial y debe tener una solución integral si los directivos de la empresa, los operarios de las máquinas y los médicos trabajan conjuntamente para prevenir su ocurrencia. Una gran variedad de experiencias han mostrado que es más fácil y barato tomar acciones preventivas en vez de tratamientos médicos prolongados y también incapacidades laborales. Pero cuál es la causa de los problemas de la piel? Muchos trabajos en ingeniería de producción envuelven riesgos de daño en la piel debido a la abrasión, laceración, penetración de materiales extraños, como las virutas y exposición a calor excesivo o frío extremo. No obstante, la exposición a químicos, agentes desengrasantes o solventes, agentes de limpieza en frío y componentes de resinas sintéticas como los agentes de curado, representan la principal causa. El níquel y cromo pueden causar irritación particularmente cuando están en forma de sales y compuestos químicos encontrados en operaciones de electroniquelado, pero también cuando se mecanizan aceros que contienen cromo. Se concluye de lo anterior que hay muchas fuentes potenciales de problemas de piel aparte de los aceites para corte de metales. La irritación de la piel es más común con el uso de aceites emulsionables que con aceites minerales puros. Esto es debido a que las emulsiones son generalmente alcalinas y pueden remover la capa grasa protectora

Mecanizado de Metales conllevando a resequedad en la piel. Si no se adopta el tratamiento adecuado la resequedad puede convertirse en inflamación y erupciones rojas. El nombre dado a esta condición es dermatitis, y no debe ser confundida con los efectos de una alergia. Las alergias son menos comunes y más difíciles de curar completamente. La dermatitis se controla mediante acciones preventivas tales como la aplicación de una crema protectora antes de empezar el trabajo, y al finalizar la jornada lavándose cuidadosamente y aplicarse, de ser necesario, una crema acondicionadora. Para el propósito de este módulo, es suficiente limitar la discusión sobre reglas de higiene y aspectos de salud en el manejo de emulsiones al control de la dermatitis. Los síntomas externos empiezan con asperezas, resequedad y rasquiña. Si no se toma ninguna acción, esto conduce a inflamación, enrojecimiento de la zona afectada, picazón y algunas veces a la formación de ampollas. El nombre común para esta condición es “eczema por lubricante” y se presenta regularmente en las palmas de las manos, en los dedos y antebrazos. Donde la piel es afectada en esta forma hay un gran riesgo que microorganismos puedan agravar esta condición. A menudo los gérmenes de los grupos de estreptococos, estafilococos y en particular el sporovibrio desulfuricans (un grupo que puede ser causante del rompimiento

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Módulo Diez de la emulsión) penetran en la piel. Cuando los microbios son la principal causa de esta enfermedad, se le da el nombre de eczema microbial. Las siguientes recomendaciones proporcionan una guía sobre la manipulación de aceites emulsionables: - El contacto entre la emulsión y la piel debe evitarse o restringirse al mínimo necesario para llevar a cabo la tarea. - No lavarse los brazos y las manos con emulsión. - Prevenga posibles heridas en la piel con residuos metálicos, virutas o refrigerantes rociados a alta presión. Las virutas y los contaminantes sólidos deberían ser removidos de la emulsión por una filtración efectiva y la limpieza exhaustiva de la máquina. - Si se emplean biocidas debe tenerse especial cuidado de no exceder la concentración recomendada por el fabricante para evitar irritación de la piel. - Erupciones o cortaduras en la piel deben recibir atención médica inmediata. - El uso de guantes protectores, aunque deseable, no es siempre posible, porque a

Mecanizado de Metales veces se trabaja con piezas pequeñas y su manipulación se dificulta. Bajo estas circunstancias es aconsejable emplear una crema protectora repelente de aceite. Las cremas protectoras deben aplicarse regularmente antes de empezar el trabajo, y después de cada lavada de manos y brazos. Estas cremas se utilizan para prevenir la irritación de la piel y no deben ser utilizadas como tratamiento de enfermedades. - Delantales o petos resistentes al aceite deben emplearse para proteger tanto el abdomen como los muslos, del contacto con la emulsión y con superficies aceitosas de la máquina. - Trapos o estopas mojados con emulsión, que pueden tener virutas y otros materiales abrasivos, no deben usarse en la limpieza de las manos. - Para prevenir el contacto prolongado de partes del cuerpo con refrigerante, las ropas mojadas deben cambiarse tan pronto como sea posible. Por la misma razón, los trapos o estopas humedecidos con aceite no deben mantenerse dentro de los bolsillos de los pantalones o camisas de trabajo. De igual importancia para la protección de la piel son aquellos cuidados que se tengan cuando se finaliza el turno o día de trabajo, algunas de las precauciones a tomar son:

EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL

Módulo Diez - Lavar cuidadosamente las manos, brazos y cualquier otra parte del cuerpo expuesta al refrigerante, usando abundante agua caliente para remover de la piel todas las trazas de aceite. - Evitar el uso de pastas abrasivas ásperas o desengrasantes en polvo para efectuar él restregado de la piel. Usar limpiadores de manos no abrasivos o jabones que sean ligeramente ácidos al reaccionar (nunca emplear jabones fuertemente alcalinos). - Nunca usar emulsiones o solventes para hacer prelavados de las manos y brazos. - Secar la piel con toallas limpias o preferiblemente con papel toalla desechable para evitar posible recontaminación de la piel con aceite o pedazos de viruta retenidos en toallas usadas.

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CONCLUSIONES La economía resultante de utilizar una emulsión se ve afectada por diversos factores. Los principales problemas se derivan del hecho que las emulsiones son una mezcla de dos componentes que no son inherentemente compatibles. Por otra parte, como el principal componente es el agua es más probable que se presente la contaminación con microorganismos y suciedad. Entre mayor sea el contenido de aceite, la emulsión es más costosa. Por tal razón, se requieren numerosas y exigentes pruebas a las emulsiones para obtener una que ofrezca óptimo rendimiento con el menor contenido de aceite posible. Sin embargo, no es el precio del aceite emulsionable el único factor a considerar como criterio de selección de una marca,

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sino los costos totales en que se incurre durante toda la vida en servicio de la emulsión. Estos costos totales incluyen desde el precio del aceite emulsionable hasta los rellenos requeridos para completar nivel. El costo total de cambiar una emulsión es relativamente alto porque no solamente involucra la compra de aceite emulsionable nuevo sino también el costo de limpieza del sistema, de los materiales y elementos, la mano de obra y, por supuesto, la disposición de la emulsión usada. En vista de lo anterior, es generalmente más económico usar aceite emulsionable de alta calidad y poner especial cuidado al mantenimiento de la emulsión para obtener una extensa vida de servicio.

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ACEITES PUROS PARA EL MECANIZADO DE METALES

les, pero proveen mejor lubricación bajo condiciones de carga altas.

Los aceites puros para corte de metales son usados sin la adición de agua. Ellos consisten en aceites minerales refinados que contienen una proporción variable de aditivos de extrema presión y aceites grasos seleccionados, cuya actividad depende del tipo de material mecanizado y la severidad de la operación de corte.

En las formulaciones de aceites de corte se usan frecuentemente aceites grasos seleccionados que son tratados con azufre y mezclados con otros componentes en condiciones cuidadosamente controladas y usados como aditivos de aceites minerales.

Las máquinas herramientas automáticas y semiautomáticas incorporan complejos mecanismos en la zona de corte, la cual está expuesta al flujo del aceite. El diseño es de tal forma que con frecuencia resulta difícil excluir completamente el fluido de corte del sistema de engranajes cerrados y por lo tanto los aceites puros son preferidos para estas máquinas. Los aceites puros son fundamentales para operaciones como tallado de engranajes y el brochado, donde un buen acabado superficial es esencial y la vida de la herramienta de corte es el principal factor de costo. Los aceites minerales refinados son muy estables y proveen una excelente lubricación hidrodinámica, pero son inertes ante los metales y aleaciones; y no siempre resuelven las condiciones de altas cargas que se presentan al mecanizar los metales. Los aceites grasos son menos estables, se vuelven rancios y pueden atacar algunos meta-

Las características principales que debe cumplir un aceite puro son:

Propiedad humectante (mojante) Buenas propiedades de fluidez y capacidad de “mojar” a fin de asegurar un caudal adecuado, así como un íntimo contacto con la herramienta y la pieza a mecanizar permitiendo por lo tanto una buena lubricación y enfriamiento. Un aceite mineral altamente refinado “no moja” la superficie del metal limpio y quedan en ella glóbulos similares a gotas de agua. El ángulo de contacto de la gota de aceite con el metal varía con la tensión interfacial del aceite. A medida que este ángulo se hace más agudo y se aproxima a cero, el aceite se extiende más ampliamente, mojándose la superficie más eficientemente.

Mecanizado de Metales Propiedades de extrema presión y lubricantes Los aceros más tenaces imponen condiciones de temperatura y presión muy severas, especialmente a alta velocidad de corte. Dichas condiciones provocan la soldadura de partículas de metal en la punta de la herramienta que dan lugar a un reborde, generalmente, denominado falsa cuchilla. Si bien un pequeño reborde es aceptable y protege el filo, uno mayor origina un mal acabado superficial de las piezas trabajadas. El proceso de formación de la viruta se inicia cuando el metal que se encuentra inmediatamente delante de la punta de la herramienta es sometido a elevada tensión, se distorsiona y eventualmente se corta en partículas. La carga sobre la herramienta es más alta en la punta de la misma, y operando con aceros de alta resistencia a la tracción ésta no puede ser soportada por el aceite; por lo tanto, la viruta tiende a soldarse sobre la herramienta formando la “falsa cuchilla”, y este fenómeno debe ser controlado por el uso de aditivos de extrema presión. El uso de aceites de extrema presión apropiados controlará este defecto y mejorará el acabado de la pieza y la vida de la herramienta.

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Módulo Diez Estos tipos de aceites contienen aditivos especiales que actúan sobre la superficie altamente cargada para formar películas submicroscópicas de un lubricante sólido que limita la soldadura de la viruta. Los lubricantes de extrema presión se clasifican como “activos” e “inactivos”, según se manchen o no los metales amarillos y aleaciones (bronce, cobre, etc.) a temperatura ambiente. Solamente los activos son capaces de actuar positivamente en las operaciones de mecanizado más severas. No obstante, hay ciertos aceites Shell que se usan en las condiciones más severas y son formulados de tal manera que pueden utilizarse en el mecanizado de metales amarillos. Para demostrar las propiedades de extrema presión se someten los aceites al ensayo denominado “Test Shell de las cuatro bolas”. En la máquina utilizada se hace girar a velocidad constante una bola de acero templado de media pulgada de diámetro sujeta por un mandril y en contacto con otras tres bolas similares. Estas últimas se mantienen fijas y en contacto unas con otras en un recipiente metálico con el aceite a ensayar. La carga puede variar en un amplio rango.

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Módulo Diez Si se tiene en cuenta que la presión ejercida por la viruta sobre la herramienta, que es máxima en la punta, cae a cero cuando termina el contacto, es lógico concluir que entre las posiciones de presión máxima y cero hay otras donde la película de aceite no puede ser lo suficientemente gruesa como para soportar la carga y tampoco el aditivo de extrema presión es efectivo porque la temperatura no es suficiente (está por debajo de 50oC). Por tal razón, en estas zonas de contacto son vitales las propiedades lubricantes del aceite, de manera que resulta esencial un cuidadoso balance entre las propiedades de extrema presión y la lubricidad, para lograr un buen acabado de la pieza mecanizada y una mayor vida útil de la herramienta.

Mientras la bola superior gira, la carga aplicada incide inicialmente en áreas muy pequeñas. De esta manera se forman huellas de desgaste donde las bolas se encuentran, haciendo que las áreas de contacto aumenten y permiten soportar la carga. La capacidad de carga del aceite puede ser evaluada por las medidas de las huellas de desgaste a diferentes cargas. A pesar de la gran importancia que tiene una buena capacidad de carga bajo condiciones de extrema presión, este no es el único criterio para evaluar la calidad de un aceite de corte.

Esto se ha conseguido en los aceites Shell, gracias a una selección de aditivos especiales que les confieren estas propiedades.

Acción anticorrosiva sobre la máquina y la pieza a mecanizar Ha sido demostrado el valor de los aditivos de extrema presión, y que estos reaccionan en cierto grado con la superficie del metal. Si son demasiado activos o resultan activos a baja temperatura, la reacción puede llegar a producir corrosión. Por ejemplo, el azufre libre puede atacar los metales amarillos y dañar al bronce y otras aleaciones no ferrosas de cojinetes de máquinas herramientas.

Mecanizado de Metales Los agentes E.P. (azufre, cloro, fósforo, etc.) deben estar presentes de tal forma que únicamente se vuelvan activos a las altas temperaturas que se alcanzan en los puntos donde la presión es más elevada por la acción de corte. Para establecer el efecto de la acción corrosiva sobre las partes de metal amarillo, de la máquina o pieza trabajada, se utiliza el ensayo "corrosión lámina de cobre". En este test, una lámina de cobre, limpia y pulida con papel esmeril fino, se sumerge en el aceite a ensayar durante tres horas a 21oC. Al finalizar la prueba se observa si la lámina ha sufrido alguna mancha, por ejemplo, con sulfuro de cobre, producida por el ataque del azufre sobre la superficie de cobre, o si por el contrario la lámina permanece brillante y libre de manchas.

Tendencia a la formación de humos A altas velocidades de corte, en materiales de gran tenacidad, se generan muy altas temperaturas. A menos que la herramienta de corte sea cuidadosamente diseñada y el flujo del refrigerante suficiente, el humo es inevitable debido a la descomposición y volatilización del aceite. Esto se produce especialmente cuando las virutas calientes caen sobre superficies mojadas en aceite, no habiendo sido completamente enfriadas por el flujo del aceite. Aún en estas condiciones puede hacerse mucho para reducir el humo mediante una selección cuidadosa del aceite base, incorporando

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Módulo Diez agentes mojantes eficientes y asegurándose que el aceite de corte terminado tenga adecuado poder lubricante para el servicio a que está destinado. Las pruebas prácticas en un taller mecánico demuestran que los aceites Shell para mecanizado de metales reducen el humo, particularmente en operaciones severas como tallado de engranajes, mediante la provisión de una película altamente adhesiva con gran poder lubricante.

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Sección Tres SUPERLUBRICANTES SHELL PARA EL MECANIZADO DE METALES ACEITES EMULSIONABLES SHELL BRUMOL SP Shell Brumol SP es un lubricante emulsionable, producido a partir de bases minerales refinadas a las cuales se les agrega un paquete de aditivos para mejorar su desempeño. Shell Brumol SP se usa en la mayoría de las operaciones de maquinado, como son: - Taladrado, torneado, fresado y corte de metales en frío. - Pulido de metales, excepto acero inoxidable, aleaciones resistentes al calor, terrajado y roscado de aleaciones no ferrosas. - En la industria del concreto es utilizado como desmoldante para lograr dar el acabado requerido a la formaleta y proteger los moldes. Estos aceites se encuentran libres de cloro, nitrito y fenoles, lo que permite una operación más segura, previene irritaciones de la piel y la formación de olores molestos.

Además, tiene incorporados biocidas de alto espectro que previenen la formación de microorganismos que degradan el aceite. Las concentraciones pueden variar entre 1 y 5% dependiendo de los requerimientos de lubricación y refrigeración.

SHELL DROMUS B Los lubricantes Shell Dromus son mezclas de aceites minerales refinados, emulgentes y otros aditivos especialmente seleccionados para asegurar que una vez mezclado con agua proporciona una emulsión estable que satisfará los requerimientos de diversas operaciones de mecanizado. Como las emulsiones de Shell Dromus B en agua son excepcionalmente estables, retienen sus excelentes propiedades anticorrosivas por mayores períodos de tiempo proporcionando continua protección a la máquina. En concentraciones al 2 % de agua cumple los requerimientos 4 x 0-0 del test I.P. 125 de corrosión. En contraste a muchas marcas competidoras más baratas, Shell Dromus B no contiene compuestos fenólicos que causan irritación de la piel y tienen un olor muy fuerte que es bastante molesto para el operario de la máquina.

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Se usa normalmente en las operaciones de taladrado, fresado, torneado, corte en frío y bruñido de la mayoría de los metales, excepto de los aceros inoxidables y aleaciones resistentes al calor, terrajado y roscado de aleaciones no ferrosas.

mecanización de todo tipo de aleaciones no ferrosas y metales amarillos, en tornos automáticos, tallado de engranajes, rectificado de roscas, roscado, roscado por laminación, taladrado, brochado profundo, etc.

Se emplean generalmente en concentraciones del 1 al 15%. En operaciones de laminación de cobre en caliente se emplea en concentraciones al 2% y en frío al 6%.

SHELL GARIA C

Otra de sus aplicaciones es como inhibidor de corrosión en sistemas hidráulicos con agua, o en sistemas de refrigeración de motores. Su concentración puede oscilar entre el 1 y el 5%.

ACEITES PUROS SHELL MACRON B Los superlubricantes Shell Macron son aceites transparentes de extrema presión moderada. Se fabrican a partir de la mezcla de aceites minerales altamente refinados, con aceites grasos sulfurizados cuidadosamente seleccionados, que los hace útiles para el mecanizado de aceros de resistencia media (de bajo porcentaje de carbono), especialmente cuando se trabaja con máquinas herramientas automáticas. Debido a que Shell Macron B está formulado con aditivos del tipo inactivo es ideal para la

Son aceites de mecanizado, transparentes, del tipo extrema presión activos. Shell Garia C está constituido por una mezcla de aceites minerales altamente refinados con aditivos especiales que les confieren excelentes cualidades lubricantes bajo las condiciones de trabajo más severas. Por la calidad de los componentes empleados tienen un olor muy suave, son estables y no se oxidan. Así mismo, reducen a un mínimo su actividad hacia los componentes metálicos amarillos de las máquinas herramientas. Shell Garia C es un aceite multifuncional. Su economía y versatilidad lo hace ser el más usado de la familia Shell Garia Oils. Sus aplicaciones típicas incluyen: - Mecanización automática de aceros aleados (50/70 tons uts, 80/110 Kp/mm2), aceros inoxidables y aleaciones resistentes al calor.

Mecanizado de Metales - Fresado de engranajes de acero (20/50 tons uts, 30/80 Kp/mm2) y aceros aleados (50/70 tons uts, 80/110 Kp/mm2). - Terrajado y roscado, roscado por laminación y barrenado profundo de aceros (20/50 tons uts, 30/80 Kp/mm2) y aceros aleados (50/70 tons uts, 80/110 Kp/mm2) - Brochado de acero (20/50 tons uts, 30/80 Kp/mm2).

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Mecanizado de Metales Sección Cuatro SELECCION DEL ACEITE DE CORTE En el cuadro siguiente se encuentran las recomendaciones generales para la correcta elección de aceites para el mecanizado de metales.

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Metales no ferrosos

Aceros

Operaciones de maquinado

Fácilmente maquinables

Tenaces

20 a 30

30 a 50

50 a 80

Inoxidables; alta resistencia calor, etc.

Operaciones muy severas (p.e. brochado)

Shell Macron B

Shell Macron 32

Shell Garia C

Shell Garia C o Shell Garia D

Shell Garia D

-----

Roscado (con macho o terraja)

Shell Macron B

Shell Macron 32

Shell Garia C o Shell Macron 32

Shell Garia C o Shell Garia D

Shell Garia C o Shell Garia D

Shell Garia D

Roscado (laminado)

Shell Macron B

Shell Macron 32

Shell Garia C o Shell Macron 32

Shell Garia C o Shell Garia D

Shell Garia C o Shell Garia D

Shell Garia D

Fresado de engranajes

Shell Macron B

Shell Macron 32

Shell Garia C o Shell Macron 32

Shell Garia C o Shell Garia D

Shell Garia C o Shell Garia D

Shell Garia D

Rectificado de roscas

Shell Macron B

Shell Macron 32

Shell Garia C

Shell Garia C

Shell Garia C

Shell Garia D

Operaciones automáticas

Shell Macron 32 o Shell Macron B

Shell Macron 32 o Shell Macron B

Shell Macron 32 o Shell Macron B

Shell Macron 32

Shell Garia C

Shell Garia C o Shell Garia D

Agujereado y alesado profundo

Shell Macron B o Shell Brumol SP

Shell Macron B o Shell Brumol SP

Shell Garia C o Shell Macron 32

Shell Garia C

Shell Garia C

-----

Escariado

Shell Macron B o Shell Brumol SP

Shell Macron B o Shell Brumol SP

Shell Macron B o Shell Brumol SP

Shell Macron B o Shell Brumol SP

Shell Garia C o Shell Garia D

Shell Garia D

Agujereado

Shell Brumol SP o Shell Macron B

Shell Macron B o Shell Brumol SP

Shell Macron B o Shell Brumol SP

Shell Garia C o Shell Brumol SP

Shell Garia C

Shell Garia D

Fresado

Shell Brumol SP

Shell Macron B o Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Garia C o Shell Brumol SP

Shell Garia C o Shell Brumol SP

Shell Garia C o Shell Garia D

Torneado

Shell Brumol SP

Shell Macron B o Shell Brumol SP

Shell Macron B o Shell Brumol SP

Shell Garia C o Shell Brumol SP

Shell Garia C o Shell Brumol SP

Shell Garia C o Shell Garia D

Serruchado en frío

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Garia C o Shell Brumol SP

Shell Garia C o Shell Garia D

Cepillado y limado

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Rectificado

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Shell Brumol SP

Resistencia a la tracción (Ton. cortas /Pulg 2)

1. Shell Macron 32 y Shell Garia D son producidos bajo pedido o importación. 2. Shell Dromus B puede ser empleado en las mismas operaciones en que se utiliza Shell Brumol SP.