Curso completo de lubricación con grasas

Curso completo de lubricación con grasas

Lubricantes industriales

Curso de grasas lubricantes

1. Evolución histórica.

Del origen de la técnica de la lubricación se conoce realmente poco, no obstante, podemos imaginar que el hombre pudo observar la existencia de substancias lubricantes que le facilitaban el deslizamiento, tales como el musgo, arcilla húmeda, agua, aceites y grasas animales, etc.,

En el siglo XIX, los lubricantes utilizados eran aceites y grasas (sebos) de origen vegetal y animal, siendo las técnicas de lubricación bastante rudimentarias.

A finales del siglo XIX y principios del XX, el desarrollo industrial acompañado con el avance de la química, consiguen logros espectaculares en el campo de la Lubricación.

Los productos derivados del petróleo desplazan en gran medida a los aceites de origen vegetal y animal, estableciéndose el concepto de Lubricación Hidrodinámica, según el cual, el lubricante actúa de acuerdo con los principios Newtonianos que rigen a los fluidos en movimiento.

A su vez, la química de la aditivación supuso un gran avance en las técnicas de lubricación y dio lugar a otro concepto de lubricación llamado Lubricación Limite, en donde la fricción se contrarresta mediante determinadas moléculas capaces de anclarse a las superficies de los mecanismos.

Hacia la mitad del siglo XX se estudian otras sustancias obtenidas por síntesis y con propiedades lubricantes muy determinadas, las cuales son experimentadas en la segunda Guerra Mundial y sobre todo en la Guerra de Corea apareciendo a continuación en el mercado como Lubricantes Sintéticos, ampliándose enormemente las Técnicas de Lubricación.

En nuestros días, se continua investigando y mejorando la química de la aditivación, siendo los lubricantes de base petrolífera aditivados los de mayor consumo.

La tendencia a corto y medio plazo es continuar con el desarrollo de los lubricantes sintéticos, así como con nuevos aditivos de tipo biodegradables, atóxicos, resistentes a altas temperaturas y radiaciones, etc.

Cada vez más se desarrollan bases sintéticas más estables químicamente, biodegradables y con propiedades lubricantes naturales más acusadas que las de los aceites de base petrolífera, lo cual puede minimizar el uso de aditivos.

Por otro lado, los materiales de los mecanismos tienden a ser autolubricados, cerámicos y aleaciones de bajo coeficiente de fricción, capaces de resistir temperaturas extremas y radiaciones, lo cual nos hace suponer que en el futuro se utilizarán menos lubricantes.

2. Introducción a la Lubricación.

El termino que se emplea para denominar la ciencia que estudia los sistemas en movimiento relativo entre cuerpos con superficies en contacto, es la Tribologia.

Etimológicamente procede del griego: Tribos (fricción) + Logos (tratado)

Hoy en día, es considerada como una ciencia interdisciplinar, ya que en su acepción más amplia comprende fricción, lubricación, desgaste, así como otros aspectos relacionados con la ingeniería, física, química, metalurgia, etc.

En muchos aspectos de vida cotidiana es posible encontrarse con alguna manifestación tribológica. Desde los simples mecanismos de transmisión de movimiento, como el calzado sobre el pavimento, hasta la acción del aire sobre los aviones. En general, es posible decir que todo lo que se mueve forma parte de un sistema tribológico, en el que pueden intervenir sólidos, líquidos y gases.

2.1. Rozamiento.

Se puede definir el rozamiento o fricción, como la resistencia al movimiento de dos cuerpos en contacto que deslizan entre sí.

Si consideramos un cuerpo con un peso P, descansando sobre una superficie horizontal al que aplicamos una fuerza tangencial F, se producirá un deslizamiento

En esta situación, se llama rozamiento estático al coeficiente entre la fuerza necesaria para iniciar el movimiento y el peso del cuerpo.

Experimentalmente es fácil comprobar que la fuerza requerida para iniciar el deslizamiento de un cuerpo es mayor que la necesaria para mantenerlo. Por lo tanto, se llama rozamiento dinámico al coeficiente entre la fuerza necesaria para mantener el movimiento y el peso considerado.

En el deslizamiento de un cuerpo sobre otro, se pueden realizar las siguientes consideraciones:

  • El rozamiento estático es mayor que el dinámico.
  • La fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la carga.
  • El coeficiente de rozamiento es independiente del área de contacto de las superficies, es decir, no depende de los tamaños de los cuerpos.
  • El coeficiente de rozamiento varía según la naturaleza de las superficies.
  • Al coeficiente de rozamiento no le afecta la velocidad de deslizamiento.
  • Todo rozamiento produce desgastes y la severidad de este depende de la naturaleza de las superficies.

Todas las superficies, aunque a simple vista parezcan perfectamente pulidas, siempre presentan irregularidades o rugosidades. De hecho, el grado de pulido se mide por el tamaño de estas irregularidades

La principal función de un lubricante es disminuir el coeficiente de fricción, al interponerse entre estas superficies en movimiento y separar estas irregularidades.

Los factores que condicionan el rozamiento son:

  • Estado superficies:     –>       Acabado capas superficiales.
  • Contacto superficial: –>     Area real de contacto.
  • Efectos de Carga:      –>       Influencia de las asperezas.
  • Materiales de las superficies en contacto.

Cuando dos superficies deslizan una sobre otra, las crestas de sus respectivas irregularidades, chocan entre si, dando lugar a soldaduras locales. Si se fuerza el movimiento, el material es deformado y roto con desprendimiento de calor, produciéndose desgaste.

2.2. Desgaste.

Como se ha comentado, es el resultado natural del movimiento relativo entre dos cuerpos o superficies.

El desgaste es perjudicial para las superficies, por las pérdidas de material de las mismas y en consecuencia su deterioro.

El desgaste puede ser reducido pero no eliminado totalmente, existiendo varias forma de conseguirlo: cambios en el diseño, elección de materiales o lubricando.

Existen varios tipos de desgaste, de los que se pueden destacar:

  • Adhesivo: Se caracteriza por la existencia de contacto metal – metal, formación de micro soldaduras y transferencia metálica entre las superficies.
  • Abrasivo: El fluido transporta en suspensión partículas duras, las cuales producen rayado y erosión
  • Corrosivo: En este tipo se produce una alteración de las superficies por el ataque de agentes químicos.
  • Por Fatiga: Existen prologados esfuerzos mecánicos que producen desprendimientos superficiales.
  • Por Cavitación: La rotura de burbujas en un fluido produce cavidades.
  • Eléctricos: Se producen picaduras eléctricas y erosión por la formación de chispas, así como, corrosión galvánica y ataque electrolítico.

2.3. Funciones de la lubricación.

Se puede definir la lubricación como aquella técnica cuyo objetivo principal es facilitar el movimiento mecánico, mediante aplicación de diversas sustancias (llamadas Lubricantes) que tienen la propiedad de reducir el rozamiento que se opone al mismo.

Además de este objetivo principal, modernamente, se persiguen otros no menos importantes:

  • Combatir el desgaste debido al movimiento mecánico,
  • Proteger contra la herrumbre y la corrosión.
  • Contribuir al equilibrio térmico de los mecanismos, disipando el calor generado en el movimiento.
  • Contribuir a la estanqueidad de ciertos elementos mecánicos, evitando la entrada de contaminantes.
  • Evacuar impurezas y contaminantes.
  • Reducir el consumo de energía
  • Aislar eléctricamente
  • Transmitir potencia.
  • Transferir calor.

3. Lubricantes

Definición

Se puede definir un lubricante como una sustancia gaseosa, líquida, semi-sólida o sólida de muy bajo coeficiente de fricción, que se interpone entre dos superficies en movimiento relativo, para conseguir los siguientes objetivos:

Que las crestas de sus irregularidades no establezcan contacto, eliminándose las fuerzas de rozamiento debidas a ambas superficies.

Al movimiento se opone solamente la débil fuerza necesaria para remover las moléculas de lubricante.

Los lubricantes tienen las siguientes propiedades:

  • Reducir los rozamientos motivados por la rugosidades de la superficie de los materiales y las presiones o cargas a que estos estén sometidos.
  • Retrasar el desgaste debido al movimiento mecánico.
  • Proteger a los elementos del ataque medio‑ambiental (anticorrosión, antiherrumbre).
  • Contribuir al equilibrio térmico eliminando el calor generado en el movimiento.
  • Contribuir, garantizar la estanqueidad en algunos mecanismos.
  • Contribuir a la limpieza de determinados elementos, evacuando las impurezas perjudiciales para los mismos.
  • Aislar eléctricamente (Transformadores).
  • Transmitir potencia.(Sistemas hidráulicos, Acoplamientos hidráulicos)

3.2. Tipo de lubricantes según su composición química.

3.2.1. Aceites vegetales

Los aceites de origen vegetal pueden ser de lino, colza, girasol, oliva, ricino, palma, copra, algodón, etc. Son productos de escasa utilidad en la actualidad, aunque con el alza de los aceites biodegradables, pueden volver a tener cierta importancia.

3.2.2. Aceites animales

Los aceites de origen animal, igualmente son de escasa utilidad en lubricación en la actualidad, pudiendo ser de cerdo, ballena, morsa, foca, pescado, etc.

3.3.3. Aceites minerales.

Son lo de mayor utilización en la actualidad, entre el 90 y el 95 % de los productos lubricantes utilizados actualmente son de origen mineral, pudiendo ser de hulla, lignito y principalmente de petróleo que son los que acaparan en la actualidad el nombre de Aceites Minerales.

Son lo de mayor utilización en la actualidad, entre el 90 y el 95 % de los productos lubricantes utilizados actualmente son de origen mineral, pudiendo ser de hulla, lignito y principalmente de petróleo que son los que acaparan en la actualidad el nombre de Aceites Minerales.

El crudo es una mezcla de diferentes tipos de hidrocarburos, principalmente compuesto de carbono (C), hidrógeno (H) y otros elementos tales como azufre (S), oligoelementos (N, O, etc.), agua, etc. Aproximadamente en masa, un crudo petrolífero esta compuesto de:

Carbono 80%
Hidrógeno   10%
Azufre         7%
Oligoelementos        1%
Agua y otros  2%

3.2.4.  Aceites sintéticos.

Los lubricantes sintéticos se pueden definir como fluidos base, resueltos químicamente combinando componentes de bajo peso molecular, que por reacción química se transforman en fluidos de más alto peso molecular, alcanzando las propiedades proyectadas.

Las principales bases lubricantes correspondientes a este tipo de productos son: Esteres Carboxílicos, Esteres de Polio, PoliAlfaOleofinas (PAO’S), Poilialquilenglicoles, Esteres del Acido Fosfórico, Polímeros de Silicona, Polímeros Fluorados o Clorados.

3.3. Tipos de lubricantes por su estado físico

3.3.1. Lubricantes sólidos

También llamados lubricantes de acción física actúan por interposición entre las superficies en rozamiento sin reaccionar con las mismas, simplemente mantienen la distancia entre las superficies.

Se trata de cuerpos sólidos no abrasivos, generalmente de estructura laminar y de bajo coeficiente de fricción en el sentido del plano de las láminas. Normalmente se incorporan en los Lubricantes (aceites o grasas), como aditivos de extrema presión de acción física o como «antigripantes».

Los lubricantes sólidos más conocidos son el grafito, el bisulfuro de molibdeno, el teflón, el bisulfuro de wolframio, minio de plomo, azufre, en polvo, polvos de estructura laminar de zinc, aluminio, cobre, etc.

3.3.2. Lubricantes líquidos

Son los aceites lubricantes, fluidos de transmisión de fuerza, refrigerantes, emulsiones, fluidos de transmisión e intercambio de calor, catalizadores de combustión, etc.. pueden ser puros y principalmente aditivados.

Las propiedades más típicas que los distingue y mide son la densidad, la viscosidad el índice de viscosidad, el punto de inflamación y de combustión, el punto de congelación y el punto de floculación o de vertido.

3.3.3. Lubricantes pastosos (Grasas).

Antiguamente, eran los sebos y ceras de origen vegetal ó animal.

Modernamente, se fabrican grasas lubricantes por mezcla de un aceite y un espesante y reciben este nombre por analogía de sus propiedades y aspecto con las grasas de origen vegetal ó animal.

El resultado de la reacción química mencionada da como resultado la grasa, la cual de por si sola no es lubricantes, sino que será el vehículo de transporte y almacenaje del aceite y sus aditivos que serán los que realmente lubricarán.

Los espesantes más comunes son los jabones metálicos y los denominados inorgánicos. Los jabones metálicos utilizados son los de calcio, sodio, bario, litio, potasio, aluminio, una mezcla de ellos o jabones mixtos como los litio-cálcicos, por ejemplo. Las grasas se clasifican en función del tipo de metal utilizado en el jabón. Entre los llamados jabones inorgánicos, citaremos el gel de sílice y la bentonita.

En función del tipo de jabón, los aceites utilizados y los aditivos adicionadas, dependerán las propiedades de las grasas.

El espesante jabón metálico actúa disuelto en el aceite, mientras que los inorgánicos embeben el aceite como si de una esponja se tratara, y las grasas obtenidas con ellos, tienen propiedades muy singulares.

3.4. Tipos de lubricación.

Existen, principalmente, tres tipos de lubricación que se describen a continuación.

  1. Lubricación Limite
  2. Lubricación Hidrodinámica
  3. Lubricación Elasto-Hidrodinámica

3.4.1.  Lubricación límite.

Si se reduce la distancia que separa dos superficies de fricción, hasta el orden de dimensiones de la capa molecular de lubricante que las recubre, se entra en régimen de lubricación límite o untuoso. En este caso, el espesor de la película de aceite es inferior a la altura de algunas crestas superficiales, por lo tanto, las superficies deslizantes se tocan en sus crestas mayores. Las consecuencias inmediatas de esta situación son: desgaste, mayor gasto de potencia y generación de calor.

Este tipo de lubricación se produce cuando las presiones de contacto alcanzan valores elevados y las velocidades de deslizamiento son muy bajas. En este caso la carga total es absorbida por la superficie del metal.

Esta condición se da frecuentemente en la práctica en los casos siguientes:

Cualquier mecanismo lubricado en régimen hidrodinámico en el momento del arranque hasta que la velocidad se acerca a la de régimen y empieza a formarse cuña, así como en las paradas al disminuir la velocidad.

En mecanismos muy ajustados, donde las superficies no pueden separarse y, por lo tanto, no permiten la formación de cuña. (Ejemplos: Cojinete muy ajustado, rodamiento a bolas).

Cuando la carga que soporta el mecanismo es tan elevada, o la velocidad es tan baja que de utilizar la viscosidad necesaria para formar la cuña, se producirían pérdidas o calentamiento excesivo. (Ejemplos: Cualquier mecanismo sobrecargado, engranaje).

Si por la forma del mecanismo, éste no retiene bien el lubricante.(Ejemplos: Engranaje al aire, guía).

En el caso de régimen de lubricación límite, la viscosidad del fluido pasa a segundo término y se recurre a la propiedad de los lubricantes llamada Untuosidad ó Capacidad de Adherencia del mismo sobre las superficies.

El mecanismo de lubricación es el siguiente: Si dos crestas de superficie están recubiertas de una capa molecular de lubricante fuertemente adherido cuando chocan entre sí, no se produce su soldadura con arranque de material, sino que resbalan y tienden a aplastarse por compresión, con lo que mejora el pulimentado de las superficies.

Para conseguir esta untuosidad, es posible recurrir a aditivos de extrema presión, de acción física o química.

Entre este tipo de lubricación y el siguiente, hidrodinámica, existe un tipo intermedio, denominado lubricación por Película Delgada. En este caso, las asperezas superficiales de los dos mecanismos en movimiento se intercalan las unas con las otras, perturbando las condiciones para obtener un flujo laminar, de tal forma que una parte de la carga se soporta en condiciones hidrodinámicas y otra parte por contacto metal-metal.

3.4.2. Lubricación Hidrodinámica.

En este tipo de lubricación, el lubricante actúa según las leyes de los fluidos en movimiento, el mecanismo «navega» en el seno del lubricante y es el propio movimiento el que obliga a este último a interponerse entre las dos superficies de fricción, formando lo que se llama una cuña de lubricante.

Las condiciones de lubricación serán óptimas cuando la película de aceite interpuesta entre las superficies en movimiento sea lo suficientemente gruesa como para impedir todo contacto metal-metal. Esto quiere decir que el espesor mínimo de la película debe ser superior a la suma de las rugosidades de las superficies consideradas.

Si consideramos dos superficies paralelas en movimiento relativo, las moléculas de lubricante en contacto con las superficies del metal son adheridas por este y en el movimiento, viajan con él a su misma velocidad. De este modo, arrastran a las partículas adyacentes creando un gradiente de velocidad en el flujo del lubricante.

Si las superficies son paralelas, no se produce presión sobre ellas. Pero, si por el contrario, las superficies son convergentes se genera una presión hidrodinámica que actúa separando ambas superficies.

Para que se genere esta presión hidrodinámica es necesario que se cumplan las siguientes condiciones:

• Las superficies deben ser coincidentes en su forma, es decir que se acoplen bien.
• Entre las superficies debe haber un movimiento relativo.
• Que exista convergencia en las superficies
• Que exista un fluido viscoso entre ambas superficies.

El papel principal está a cargo de la viscosidad del lubricante. Cuanto mayor es la viscosidad, más fácilmente se forma la cuña hidrodinámica; es decir, la película lubricante se obtiene a velocidades más bajas, o bien, a igual velocidad ésta soporta mayores cargas.

El criterio de elección de la viscosidad adecuada, es utilizar la mínima viscosidad indispensable para asegurar la formación de cuña a la velocidad de régimen del mecanismo, ya que una viscosidad mayor no produciría otro efecto que incrementar las pérdidas de energía y el calentamiento.

La característica más sobresaliente de la lubricación hidrodinámica, es que se consigue películas de lubricantes muy gruesa, por lo que las dos superficies de fricción trabajan a gran distancia en comparación con el tamaño de sus irregularidades de superficie.

En la lubricación hidrodinámica hay que considerar los siguientes factores:

• Viscosidad del aceite: Mayor viscosidad, más rápida la formación de la cuña.
• Velocidad: A mayor velocidad, más fácilmente se formará la película lubricante.
• Carga: A mayor carga, más difícil será conseguir la película lubricante.
• Acabado superficial:: Cuanto mejor acabado superficial, menor será el espesor necesario para conseguir la película lubricante.
• Holguras – Ajuste de las superficies: En función de ellas se necesitará un espesor de película lubricante determinado.
• Aporte lubricante: Debe ser continuo.

Fases de formación de la Cuña de Aceite: lubricación Hidrodinámica.

Consideremos un eje que gira en un cojinete, representado su situación en las siguientes figuras:

Partimos del reposo, existiendo contacto metal-metal entre eje y cojinete pues la formación de la película lubricante precisa de una mínima velocidad entre las dos superficies.

Al comenzar el movimiento, el eje tiende a rodar sobre la superficie del cojinete y la película de aceite le dificulta el movimiento.

El eje desliza sobre el lubricante y tiende a caer sobre la posición inicial. Sin embargo, en este momento ya existe lubricante que impida el contacto del eje con el cojinete, empezando a actuar la presión hidrodinámica

Según se alcance la velocidad de régimen, el eje tiende a desplazarse de la línea del centro. Existe una corriente de lubricante que ejerce una fuerza en dirección contraria a la carga del eje que lo mantiene sin tocar las paredes del cojinete.

3.4.3. Lubricación Elasto Hidrodinámica.

Si la superficie de los mecanismos a lubricar no es coincidente, es decir, no se acoplan bien, como es el caso de rodamientos, parte de reductores, etc., no se produce una lubricación hidrodinámica.

Bajo estas condiciones las superficies deslizantes están sujetas a cargas tan elevadas que pueden aparecer deformaciones elásticas en los metales con un incremento del área de soporte de carga. Aunque en áreas muy pequeñas, esta deformación propicia que se cumplan las condiciones de lubricación hidrodinámica con una región convergente a la entrada (que introduce el lubricante), una zona de superficies coincidentes y una tercera región divergente a la salida.

Por otro lado, la presión existente puede ser tan alta, que eleva de forma radical la viscosidad del fluido, en milisegundos, el lubricante pasa de baja viscosidad a ser semisólido y regresa a su situación inicial de baja viscosidad. Se establece entonces en el sistema un equilibrio entre la presión en la capa de aceite y su espesor. La alta viscosidad del lubricante, el fino espesor de la película y la gran velocidad con la que circula por esta zona impide que el lubricante pueda ser expulsado hacia atrás.

4. GRASAS

4.1 Definición de grasa

Una grasa se puede definir como ;”un compuesto pastoso o pseudoplástico, formado por un fluido lubricante, espesado por medio de un agente y que contiene otros compuestos llamados aditivos que le confieren o mejoran ciertas propiedades.”

Otra forma de definirlas es la que presenta la normativa ASTM, la cual define a las grasas como un producto sólido o semisólido obtenido por dispersión de un agente espesante, normalmente un jabón, en aceites minerales o sintéticos.

4.2. Formulación de grasas.

Las grasas lubricantes están formadas por tres componentes diferenciados:

  1. Espesante. Son los que habitualmente dan los nombres genéricos a las grasas. Normalmente se habla de grasas cálcicas, de litio, de aluminio, complejas, etc. dependiendo del tipo de espesante utilizado. Se pueden dividir a los espesantes en tres familias:
    • Organometalicos. Son los formados por jabones metálicos, bien simples o compuestos. La reacción química de uno o más ácidos orgánicos con las bases metálicas nos forma un jabón, el cual, nos va a ejercer el efecto espesante del fluido formando de este modo la grasa. Es el caso de los jabones de Calcio, Litio, Aluminio, Sodio,…
    • Inorgánicos. Es un grupo heterogéneo de compuestos pulverulentos, de origen inorgánico, que dispersados en un fluido lubricante tienen la propiedad de espesarlos. Los más utilizados son las bentonitas (caolín coloidal, montmorillonita, esmectita, atapulgita, ceolita, etc. ) y los geles de sílice (sílice pirogénica).
    • Orgánicos. Uno de los más modernos espesantes actualmente utilizados y pertenecientes a esta familia son las poliureas.
  2. Fluido. Es la parte que va a lubricar el sistema, la que va a proporcionar el film lubricante. Los fluidos utilizados en la fabricación de grasas pueden ser Aceites Minerales o bien Sintéticos.
  3. Aditivos. Son unos productos que, en pequeñas cantidades, proporcionan o aumentan ciertas propiedades que, de por sí, la grasa lubricante no posee.

4.3. Fabricación de grasas.

Las grasas espesadas con jabones organometálicos se fabrican haciendo reaccionar químicamente un ácido orgánico con una base metálica. En Química Inorgánica que la reacción de neutralización es:

ACIDO + BASE = SAL + AGUA

En Química Orgánica esta reacción se denomina saponificación

AC.ORGANICO + HIDROXIDO METALICO = JABON + AGUA

Estas reacciones se efectúan en unos especiales reactores calorifugados y con agitación, con una parte del fluido lubricante que conlleva los componentes a reaccionar, y en unas determinadas condiciones de temperatura y presión. Una vez terminada la reacción y su perfecto ajuste, se procede a su enfriamiento.

Posteriormente se procede a la incorporación de los aditivos. Una vez homogeneizada la masa (mediante agitación y reciclado) de forma que la dispersión de los aditivos sea uniforme, se procede al acabado, el cual consiste en un molido, a través de un molino coloidal (para obtener una total y uniforme dispersión del jabón espesante en el fluido), homogeneización, desaireado y filtrado. Finalmente se procede a su envasado.

4.4. Funciones básicas de una grasa.

Una grasa, con independencia de la aplicación específica en el mecanismo en el que vaya a trabajar, debe de estar preparada para cubrir una serie de requisitos mínimos.

  • Lubricar. Como todo lubricante, el producto utilizado debe de evitar al máximo que exista contacto directo entre las superficies móviles de los mecanismos, manteniéndolas separadas y reduciendo la fricción entre las mismas.
  • Sellar. Una grasa debe de permanecer adherida al mecanismo lo mejor posible, evitando que escurra o caiga del elemento a lubricar por efecto de la gravedad. Así mismo, debe de ejercer una protección al medio ambiente, evitando la entrada de sustancias no deseadas al mecanismo (polvo, agua, sustancias agresivas, etc.).
  • Estabilidad. Para que una grasa sea válida, además de ser buen lubricante y sellante, debe mantener lo mejor posible sus características, una vez este operando en su mecanismo

Por ello, se le pide una estabilidad al trabajo, que significa que debe de mantener lo mejor posible su consistencia una vez sea utilizada en el mecanismo, así como una Resistencia del aceite a la centrifugación (si el aceite. que incorpora una grasa, es el encargado de lubricar, la pérdida del mismo significa la pérdida de su característica fundamental).

4.5. Ventajas e inconvenientes de las grasas.

Una grasa respecto a un aceite, nos va aportar una serie de claras ventajas, así como ciertos inconvenientes. Dependiendo de las condiciones de trabajo y diseño de los mecanismos, podemos establecer el tipo de lubricante ideal para su utilización.

Como principales ventajas pueden destacarse:

Estanqueidad. Una grasa preparada, puede y debe evitar fugas de productos no deseados que pueden contaminar al medio ambiente.

Sellado. Debe evitar la entrada de sustancias no deseadas desde el medio ambiente al mecanismo (agua, polvo, sustancias agresivas, etc.).

Reducción de fugas y goteos. Existen elementos que por diferentes razones, tienden a fugar el producto lubricante. Esto puede ser de especial importancia, si el elemento a lubricar está en un punto de difícil acceso, peligroso o si se trata de industrias del sector Alimentario – Farmacéutico, dónde debe evitarse el contacto entre lubricante y producto alimentarlo.

Absorción de Ruidos y Vibraciones. Debido al espesor de la película lubricante de una grasa, ésta es capaz de rellenar las holguras y crear una capa que amortigüe en gran parte los ruidos y vibraciones propias del mecanismo.

Mayores prestaciones a requerimientos EP. Debido igualmente al espesor de la película lubricante, la capacidad de mantener separadas las superficies de los mecanismos, ante cargas de choque, presiones o vibraciones, es mucho mayor en una grasa que en un aceite, dónde la película lubricante es más fina y tiende a romperse mucho antes que una grasa.

Mayores prestaciones a operaciones intermitentes. Cuando una máquina para, si el mecanismo esta lubricado con un aceite, éste tiende a escurrir por efecto de la gravedad, y dependiendo de la viscosidad del fluido y tiempo de parada, puede dejar al mecanismo exento de lubricante, de forma que cuando arranque se va a producir un fuerte contacto entre las superficies con el consiguiente desgaste y deterioro. Las grasas tienden a soportar el efecto de la gravedad manteniéndose en el mecanismo en el caso de largos periodos de parada, lubrificando correctamente los mecanismos en las operaciones de arranque.

Posibilidad de lubricación de por vida. Mediante grasas de formulación especial, es posible lubricar ciertos mecanismos con la seguridad de que van a mantener sus características al menos durante el tiempo para el que está calculado que dure el mecanismo a lubricar.

Por otra parte, las grasas presentan los siguientes inconvenientes.

Velocidad. La gran mayoría de las grasas están diseñadas para ser utilizadas a velocidades medias o medias-bajas. Cuanto mayor sea la velocidad del mecanismo, la resistencia que opone una grasa será cada vez mayor.

Pobre disipación de calor. Un aceite siempre es posible hacerlo circular por un circuito cerrado y refrigerarlo. Una grasa está fija a su mecanismo, y el único medio de refrigerarla es por acción externa como por ejemplo con aire de ventiladores.

Lubricación centralizada a engrase perdido. Cuando se recurre a lubricar un gran número de puntos mediante un equipo de engrase centralizado, éste va añadiendo grasa con una periodicidad, y ésta no vuelve al circuito; se pierde. Con un aceite, disponer de un circuito de impulsión y retomo, es viable y muy sencillo.

Lubricación centralizarla con grasas fluidas. Cuanto mayor sea la longitud de la línea del circuito de engrase, mayor sea el número de codos, distribuidores, etc., mayor será la necesidad de utilizar grasas de menor consistencia. Esto lleva a que dependiendo de las condiciones de funcionamiento del mecanismo, en muchas ocasiones no sea recomendada la utilización de estos sistemas.

Seguimiento mediante análisis. Así como a un aceite se puede establecer una metodología de extracción de muestras y analítica para determinar tanto su estado como el del mecanismo, en una grasa esta tarea es muy compleja e impide llevar a cabo una sistemática fácil y rápida de seguimiento de análisis de muestras.

Retiene los contaminantes. Las grasas no son filtrables, el aceite si. La grasa incorpora el contaminante, no lo decanta, sino que lo homogeneiza en su seno.
Opciones:

  • Mecanismo hermético
  • Relubricar continuamente para expulsar la contaminación
  • Lubricar con aceite

4.6. Compatibilidad entre grasas

Un factor a tener en cuenta cuando se proceda a efectuar un cambio de grasa de un tipo a otro es la compatibilidad entre ambas. La mezcla de grasas de base distinta debe evitarse siempre que sea posible ya que pueden verse seriamente afectadas propiedades de la grasa como la estabilidad mecánica y la consistencia (muchas veces la incompatibilidad se traduce en un fuerte ablandamiento de la grasa). Si no es posible evitar la mezcla entre grasas, se debe aumentar la frecuencia de engrase hasta eliminar al máximo los restos de la grasa anterior.

Debido a la naturaleza de los diferentes tipos de espesantes empleados en las grasas lubricantes, es necesario asegurarse en el momento de cambiar de un tipo a otro, que el resultante de la mezcla sea compatible.

Así mismo, se debe comprobar la compatibilidad entre los fluidos lubricantes con los que se han fabricado las grasas.

En la siguiente tabla, se presenta una guía de compatibilidades e incompatibilidades entre diferentes grasas ateniéndonos solamente al espesante que posean.

TIPODefinición12345678910
1Aluminio Compl.XIICIIIICI
2BarioIXICIIIIII
3CalcioIIXCICCMCI
4Calcio-AnhidroCCCXMCCCCI
5Calcio-ComplejoIIIMXIIICC
6BentoneIICCIXIIII
7LitioIICCIIXCCI
8Litio- 12-HidroxyIIMCIICXCI
9Litio-ComplejoCICCCICCXI
10PoliureaIIIICIIIIX
«C» = Compatible «M» = Medianamente compatible «F’ = Incompatible

4.7. Denominación de las grasas según din 51502

Las normas DIN (Deutsches Institut für Nornmg), son las normas de estandarización alemanas. Dentro de la norma DIN 51502 relacionada con los lubricantes, nos encontramos con dos divisiones principales: DIN 51825 (Grasas K) y DIN 51826 (Grasas G).

La denominación de una grasa según DIN, vendrá dada de la siguiente forma:

DIN- (1) + (2) + (3) + (4) + (5) + (6)

De forma que:

• (1) Representa la Aplicación

Grasas para rodamientos, cojinetes de deslizamiento y superficies de deslizamiento.K
Grasas para engranajes cerradosG
Grasas para rodamientos abiertos y sistemas de engrane (lubricantes adhesivos no asfálticosOG
Grasas para rodamientos planos y juntas, de menores prestaciones que grasas tipo K.M
• (2) Representa la el Tipo de Aditivo EP
Lubricantes solidos (Grafito, MoS2, etc).F
Extrema Presión física. Modificadores de fricciónP
• (3) Código para aceites sintéticos
Ester.E
Hidrocarburos SintéticosHC
PoliglicolesPG
SiliconaSI
OtrosX
• (4) Grado NLGI. (se verá mas adelante)

• (5) Representa la temperatura máxima de utilización

 Tª máx. operación ºCComportamiento en presencia agua DIN 51807
C+600-40 O 1-40
D2-40 O 3-40
E+800-40 O 1-40
F2-40 O 3-40
G+1000-90 O 1-90
H2-90 O 3-90
K+1200-90 O 1-90
M2-90 O 3-90
N+140A DETERMINAR
P+160
R+180
S+220
T+220
U>+220

• (6) Representa la temperatura mínima de utilización

 Temperatura operación mínima ºC
-10-10
-20-20
-30-30
-40-40
-50-50
-60-60

Por ejemplo:

La grasa aquí categorizada se corresponde a un producto destinado a la lubricación de rodamientos, basado en aceite mineral y aditivos de Extrema Presión, aditivos sólidos, consistencia NLGI 2, con un rango de temperaturas de trabajo de –30ºC a + 120ºC y con una buena resistencia al lavado por agua.

4.8. Tipos de grasas

Los diferentes tipos de grasas se definen generalmente por el espesante que contienen. Las principales son las siguientes:

Espesados con jabones metálicos

a) Cálcicas:

VentajasDesventajas
Bajo costeTemperatura máxima de utilización 60-70ºC
Insolubilidad en agua. Repelencia.Resistencia mecánica
Sencillez de fabricaciónNo son reversibles
Adherencia y estanqueidadDificultad de aditivación
Buena bombeabilidadNo aptas en rodamientos

Aplicaciones: Donde tengamos presencia de agua, sin temperatura. En general, maquinaria antigua y de baja precisión, o bien en donde sea necesario un engrase muy frecuente debido a contaminación exterior.

(Fibras de jabón de Calcio, vistas bajo el microscopio electrónico)

b) Sódicas

VentajasDesventajas
Temperatura de utilización altaNula resistencia al agua
Adherencia / FilamentosidadMala bombeabilidad
Buena resistencia mecánica 
Utilizable en rodamientos 
Reversibles 

Aplicaciones: Articulaciones, engranajes, donde haya temperatura sin agua. Grasas casi totalmente en desuso, las grasas de litio las aventajan casi en su totalidad.

(Fibras de jabón de Sodio, vistas bajo el microscopio electrónico)

c) Líticas

VentajasDesventajas
Temperatura de utilización alta, según el aceite empleado ( Ac. Mineral: 130 ºC, Ac. Sintético: 160 ºC)Siendo resistentes al agua, no lo son tanto como las de Ca.
Muy buena resistencia mecánicaAdherencia de las líticas, inferior a las de sodio.
Reversibilidad 
Insolubilidad en agua 
Facilidad de aditivación 
Utilizable en rodamientos 

Aplicación: Esta es la grasa multiuso por excelencia. Como uso general,. rodamientos, altas temperaturas, cojinetes, sistemas centralizados, maquinaria de OP.

d) Alumínicas:

VentajasDesventajas
Buena estabilidad a la oxidación y a la corrosiónTemperatura máxima de utilización 80 ºC.
Insolubilidad en agua 
Adherencia 

e) Complejas: (Litio, calcio, aluminio, sodio, etc.)

VentajasDesventajas
Punto de gota muy altoAlto coste
Buena resistencia mecánicaDificultad de fabricación
Insolubilidad en aguaNo son reversibles
Facilidad de aditivaciónMiscibilidad con otras grasas
Utilizable en rodamientosDifícil de bombear

El espesante de estas grasas se compone de dos jabones diferentes, fabricados con el mismo hidróxido de distintos ácidos. Así por ejemplo, el espesante de la grasa compleja de litio se compone de dos jabones metálicos: 12 hidroxiestearato de litio y acelato de litio.

Aplicaciones: Altas temperaturas, multiservicio, altas cargas.

Espesantes orgánicos

VentajasDesventajas
Elevado punto gota>245 ºCMala resistencia mecánica
Buenas propiedades EP 
Buena resistencia al agua 
Temperatura máxima de utilización 180 ‘C 

Aplicación: Multiservicio en la industria y la automoción.

Espesantes inorgánicos

a) Gel de sílice:

VentajasDesventajas
Sencillas de fabricarPoca resistencia mecánica
Sin punto de gotaAlto contenido en cenizas
 Soluble en agua

b)Bentonita:

VentajasDesventajas
Sin punto de gotaAlto coste
Resistencia mecánica aceptableAlto contenido en cenizas
Insoluble en aguaDificultad de aditivación

Aplicaciones: Altas temperaturas con relubricacíón frecuente, dada su tendencia a dejar residuos.

En la siguiente tabla se resumen las principales características de cada tipo de grasa.

5. PROPIEDADES DE LAS GRASAS

5.1. Penetración de las grasas (ASTM D 217)

Este ensayo mide la dureza o consistencia de las grasas mediante la medida de la profundidad a la que un cono patrón penetra en su superficie, en caída libre y a una Tª standard.

La consistencia de la grasa, al igual que la viscosidad de los aceites, determinará la película hidrodinámica necesaria para un régimen de trabajo dado. Esta consistencia variará, en general, con la temperatura y el cizallamiento mecánico a la que se verá sometida en su aplicación. Así, grasas duras se emplearan en altas temperaturas y/o bajas velocidades y viceversa. El National Lubricating Grease Institute (N.L.G.I.) estable como “000” a la grasa más blanda y “6” a la más dura.

La forma de realizar el ensayo es la siguiente, la grasa se coloca, a 25 ºC, en el contenedor que se pone justamente debajo del cono de forma que la punta de éste enrase con la superficie de la grasa que previamente ha sido cuidadosamente alisada. Se aprieta el pulsador y el cono cae.

En general, antes de realizar este ensayo la grasa es trabajada con el “worker” a 60, 10.000 o 100.000 golpes. La diferencia existente entre el ensayo realizado antes y después de trabajar la grasa, mide su resistencia a perder la consistencia por efecto cizallante.

Resultados típicos.

Grado NLGIPenetración ASTMApariencia
000445 – 475Líquida
00400 – 430Líquida
0355 – 385Semi – Liquida
1310 – 340Semi – Blanda
2265 – 295Blanda
3220 – 250Regular
4175 – 205Semi – dura
5130 – 160Dura
685 ‑ 115Extra dura

5.2. Punto de gota (ASTM D 566)

Se define el punto de gota como la temperatura a la que las grasas pasan del estado semisólido al liquido. Su significado físico es en una medida de la resistencia de la grasa al calor y fija la temperatura máxima de servicio en aquellas aplicaciones donde se requieran un lubricante semisólido.

El punto de gota depende principalmente del tipo del tipo de espesante, proceso de fabricación y de los aditivos que contenga.

La forma de realizar el ensayo es la siguiente: Cuando la primera gota de grasa cae por el orificio de la cápsula al fondo del tubo, se hace la lectura en el termómetro, la cual dará el Punto de Gota de la grasa. El ensayo se lleva a cabo como máximo hasta los 300ºC y si no ha goteado, se dice que la grasa no tiene punto de gota.

Puntos de Gota típicos:

  • Grasas Cálcicas    71 –100º C
  •   Grasas Sódicas     130 180º C
  •   Grasas Líticas       180 205º C
  •   Grasas de Bentone     Superior a 260º C
  •   Grasas de Sílice     Superior a 260º C

Lo importante es que el punto de gota sea suficientemente mayor a la temperatura de trabajo del mecanismo para que la grasa mantenga su estado. Un punto de gota alto no significa necesariamente una mayor calidad de la grasa, ya que este hecho no implica una buena respuesta frente al agua o al trabajo mecánico.

5.3.estabilidad al trabajo mecánico worker (ASTM D 217)

La estabilidad al frote o trabajo mecánico, es la resistencia que posee una grasa a la pérdida mínima de su consistencia y estructura ante continuos y repetidos golpes del “Worker”. El trabajo de la grasa en este aparato denominado Worker es similar al que tendrá en el servicio industrial al que está destinada.

Una mala estabilidad en el trabajo hace que por ejemplo, la grasa en un rodamiento se vuelva líquida por la acción de las fuerzas de cizalladura que debe soportar, saliéndose por los retenes y produciendo una avería, o por el contrario, que se endurezca lo que a altas velocidades no es conveniente.

La consistencia se mide después de 60 golpes y se vuelve a tomar tras 10.000 ó más. El cambio se determinada por la siguiente fórmula:

Resultados típicos:

  • Hasta 5 %,     EXCELENTE
  • De 5 a 15 %   BUENO
  • De 15 a 30 % CORRECTO
  • Más de 30 %  POBRE

Este aspecto de una grasa es importante. Por ejemplo, una grasa NLGI 2 que pierda un 15 % de consistencia habrá pasado a ser una NLGI 1. Esta perdida puede ser aceptable si se ha producido después de 100.000, pero si se ha producido mucho antes y la grasa continua perdiendo consistencia, llegara a ser un NLGI 0 (30% de perdida), lo que puede ser muy peligroso.

5.4. Estabilidad trabajo mecánico: Rodillo Shell (ASTM D 1831)

Análogamente al apartado anterior, con este ensayo se busca una medida de la estabilidad mecánica de la grasa. En el caso del Rodillo Shell, se simula las condiciones de trabajo exactas a las que luego la grasa debe hacer frente en los rodamientos de las maquinas.

El ensayo produce una evaluación numérica del cambio de consistencia de la grasa causado por el trabajo de alisado del rodillo.

La forma de realizar el ensayo es medir la penetración antes y después de trabajar la grasa 4 horas en el rodillo, con estos datos se determina el % de pérdida en la consistencia.

Resultados Típicos

  • 0 a 10 %           EXCELENTE
  • 10 a 25 %         BUENO
  • 25 a 60 %         CORRECTO
  • 60 o mas          MALO

5.5. Estabilidad a la oxidación (ASTM D 942)

La oxidación es una de las principales causas del envejecimiento de un lubricante, ya que el oxigeno reacciona químicamente con los componentes que constituyen la grasa (espesante, aceite y aditivos) degradándolos, dejando por tanto de realizar su función. En esta situación se dice que la grasa se ha descompuesto.

El método de la bomba de oxigeno (ASTM D-942) es un ensayo para determinar la resistencia de las grasas a la oxidación, en condiciones estáticas.

El objetivo es evaluar la resistencia a la oxidación midiendo la capacidad de adsorción de una muestra de grasa en una corriente de oxigeno. Para ello se llenan con 4 gramos de grasa los cinco discos del equipo. La bomba se carga con 100 PSI de oxígeno y se coloca en un baño de aceite a 98ºC, después de 24 horas de paso de oxigeno. La oxidación se determina observando el descenso o caída de la presión de oxígeno después de 100 horas, indicando que este oxígeno perdido ha sido absorbido por la grasa.

Resultados típicos

  • De 5 a 10 Lbs. PSI pérdida – Bueno
  • De 0 a 5 Lbs. PSI pérdida – Excelente

Este ensayo es útil especialmente para grasas que trabajan a altas temperaturas, ya que en estas condiciones el proceso de oxidación se ve favorecido. Si la grasa va a trabajar a temperatura ambiente, el ensayo tiene escasa importancia ya que la tendencia a oxidarse es mucho menor.

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Esteban Cabrera Peñalver

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