Características de la Película Lubricante

La película lubricante debe poseer determinadas características, como

son: adhesividad, viscosidad, espesor y aditivos. Es tan perjudicial una

película delgada como una gruesa porque en el primer caso, ésta puede

dar lugar a contacto metálico en parte de las superficies (desgaste

adhesivo) si se rompe la película límite y en el segundo, se presenta

generación de calor por un exceso de fricción interna (fluida) en la

película lubricante, que puede conducir igualmente problemas de

desgaste adhesivo.

El espesor de la película fina es suficiente, mientras que en superficies

mal acabadas se necesita un película gruesa.

La fricción metal-metal causa el mayor desgaste; la fricción

fluida lo reduce hasta el punto qe puede llegar casi a eliminarlo.

En todo máquina por complicada que parezca, solamente requerirán

lubricación los siguientes elementos:

- Cojinetes lisos y rodamientos (de bolas de rodillos, de agujas, etc.),

cadenas, levas, guías y cremalleras.

- Piñones: hilicoidales, cónicos, rectos, sinfín-corona, doble helicoidales e

hipoidales, que pueden estar expuestos al medio ambiente o ecerrados

dentro de una carcasa (reductores y motorreductores).

-Cilindros dentro de los cuales deslizan émbolos, como en el caso de

compresores, motores de combustión interna, cilindros de vapor,

sistemas hidráulicos y herramientas neumáticas.

Cojinete Liso

Rodamientos (de bolas de rodillos, de agujas, etc.)

Cadenas

Levas

Guías

Cremalleras

Piñón Helicoidal

Piñón Cónico

Piñones Rectos

Piñón Sinfín Corona

Piñón Doble Helicoidal

Piñón Hipoidal

Reductores

MotoreductoresPiñón Doble Helicoidal

Piñón Hipoidal

Reductores

Motoreductores

Clases De Lubricantes

Existen diferentes tipos, dependiendo de las clases de aplicación.

*Gases. El mas utilizado es el aire, que se emplea a presión y forma un

colchón (de aire) entre los elementos en movimiento. Su principal

aplicació es en pequeños cojinetes lisos, que giran a velocidades hasta

100.000 rpm, en donde un lubricante convencional no serviría. Su

capacidad de soporte de carga es muy baja, del orden de 0,70 Kgf/cm^2

(10 psi). Las pérdidas por rozamiento de los gases son sólo una fracción

de los correspondientes a los lubricantes líquidos de cualquier clase.

Cojinetes Lisos

*Líquidos.Se puede considerar cualquier tipo de líquido, como el agua,

el aceite vegetal, animal y mineral, etc. Los más utilizados en la

actualidad son los derivados del petróleo, constituidos por una base

lubricante y un paquete de aditivos.

*Semisólidos.Son sustancias que poseen consistencia, permiten que la

película lubricante permanezca durante más tiempo sobre la superficie

lubricada,como por ejemplo la grasa, que es un aceite mezclado con un

espesador metálico (jabón de calcio, sodio, litio, etc.)

*Sólidos.Dan origen a películas lubricantes que se adhieren

fuertemente a las superficies metálicas, tales como el grafito, bisulfuro

de molibdeno, de fluor, silicona, boro, etc. y dan lugar a coeficientes de

fricción muy bajos.

PUBLICADO POR C.E.R.N EN 19:25

Lubricantes para reductores y engranajes.

La evolución en el campo de los engranajes ha traído consigo una relación menor entre la dimensión de las ruedas y su función. Esto implica una presión y una temperatura cada vez mayores. Los engranajes modernos están fabricados para asegurar al límite la durabilidad de los materiales, lo que supone que con una eventual sobrecarga se produzca una avería.

La elección del lubricante más adecuado a utilizar no es tarea fácil, no obstante y como punto de partida para la elección del lubricante son las especificaciones y las indicaciones dadas por el fabricante, aunque no obstante, en numerosas ocasiones las recomendaciones deben ser alteradas por razones de orden ambiental, de sobrecarga u otras.

WGM Lubricantes cuenta con una prolongada experiencia en lubricación y con una de las la gama más amplia de lubricantes para todo tipo de reductores y engranajes.

Tipos de Lubricantes para Engranajes.

Aceites minerales puros: Se aplican en engranajes que trabajan bajo condiciones moderadas de operación.

Aceites inhibidos contra la herrumbre y la corrosión (R&O): Se utilizan cuando las temperaturas son altas y existe riesgo de contaminación con agua, que conduce a la formación de herrumbre en los metales ferrosos. Poseen aditivos antiherrumbre, antiespuma, antidesgaste y antioxidantes. Poseen muy buena adhesividad, pero trabajan bien en sistemas de circulación donde se aplica en forma continua.

Aceites minerales de extrema presión (EP): Se utilizan cuando los engranajes tienen que soportar altas cargas o cargas por choque y bajas velocidades. Son aceites inhibidos a los que se les incorporan aditivos para extrema presión, los cuales son normalmente azufre y fósforo. Es necesario tener cuidado con estos aceites cuando se aplican en reductores que trabajan en ambiente de alta humedad, ya que el vapor de agua presente puede reaccionar con el azufre formando ácidos, que atacan las superficies metálicas.

Aceites sintéticos: Se utilizan generalmente en engranajes que presentan alto grado de lubricación, o que trabajan a altas temperaturas por períodos prolongados, o que se pretenda una prolongada

frecuencia entre cambios, son muy resistentes a la oxidación y ofrecen extraordinarias prestaciones para los redutores.

Grasas: Su aplicación en engranajes no es muy amplia debido a que tienen poca capacidad refrigerante y tienden a adherir las partículas contaminantes, siendo difícil su eliminación. Se utilizan a veces en la lubricación de engranajes que operan a bajas velocidades y bajas cargas; son comúnmente utilizadas en engranajes abiertos y cajas de engranajes que tienden a dejar escapar aceite; también se utilizan en engranajes que operan intermitentemente. Las grasas semifluidas sintéticas son particularmente adecuadas para lubricar unidades de engranajes de por vida.

Lubricación en motores alternativos de gas

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Detalles la última edición por santiagogarcia Jan 14, 2009 10:31 pm - 11 revisiones

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Entre dos superficies en contacto y en movimiento relativo de una respecto a la otra se crea una fuerza, llamada rozamiento, que se opone al movimiento de ambas superficies. Eso quiere decir que cuando dos superficies tienen movimiento relativo hay una fuerza que lo impide. Esta fuerza está relacionada con las irregularidades de las superficies y con la atracción que ejercen los átomos de la capa superficial de cada uno de los materiales en contacto. Para evitar esta fuerza de rozamiento se interpone entre ellas una capa de lubricante, que disminuye enormemente la fuerza de rozamiento. Esta película de lubricante se divide en tres partes: dos, que quedan adheridas a cada una de las superficies en movimiento y otra intermedia que desliza entre ambas.

Con la lubricación se consigue, además de reducir el rozamiento, reducir el desgaste, evitar la corrosión, evacuar el calor producido en el rozamiento, eliminar las partículas que aparecen debidas al propio funcionamiento, limpiar las paredes de los cilindros de restos de carbonillas generadas en la combustión, amortiguar los golpes y reducir los ruidos.

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1. Tipos de lubricación

Pueden distinguirse tres formas distintas de lubricación: lubricación hidrodinámica, lubricación límite o de contorno, y lubricación hidrostática.

En la lubricación hidrodinámica las superficies están separadas por una película de lubricante que proporciona estabilidad. La presión de lubricante necesaria la proporciona el movimiento relativo de cada una de las superficies. Cuando una superficie se desplaza respecto a otra y los planos no son paralelos y entre ellas se interpone una pequeña película de lubricante, se genera un gradiente de presión capaz de soportar cargas que actúen sobre las superficies y evitando que se toquen entre ellas. Es la lubricación que se da, por ejemplo, en un cojinete:

Fig 1: Lubricación hidrodinámica en un cojinete de deslizamiento

Puede denominarse también lubricación de película gruesa, fluida, completa o perfecta.

En la lubricación límite la película de lubricante es tan fina que existe un contacto parcial metal-metal. Puede pasarse de lubricación hidrodinámica a límite por caída de la velocidad, aumento de la carga o disminución del caudal de aceite. En este tipo de lubricación (de película delgada, imperfecta o parcial) la composición química es mucho más importante que la viscosidad del lubricante.

La lubricación hidrostática consiste en la introducción de lubricante a presión entre dos superficies, creando una película lo suficientemente espesa como para que puedan deslizarse entre ellas, evitando el posible rozamiento y los daños que provocarían el calentamiento y el desgaste resultantes. El movimiento relativo entre las superficies puede ser muy lento y soportar grandes cargas. También puede emplearse agua o aire como lubricante.En un cojinete, por ejemplo, pueden darse los tres tipos de lubricación:

- Lubricación hidrostática cuando está parado y se quiere arrancar. En ese momento se inyecta lubricante a presión que ‘eleva’ ligerísimamente el rotor para introducir una capa que facilite el arranque y minimice la fricción- Lubricación límite. Durante el arranque o la parada la capa de lubricante se hace muy fina- Lubricación hidrodinámica. Es la que se produce durante el funcionamiento a régimen normal

Figura 2: Tipos de lubricación

2. Características de los lubricantes

La característica más importante de un lubricante es la viscosidad, que se define como la resistencia que un fluido opone a cualquier movimiento interno de sus moléculas, dependiendo por tanto, del mayor o menor grado de cohesión existente entre estas. La viscosidad debe tener el valor apropiado, ya que si el aceite es muy fluido (baja viscosidad) llenará perfectamente los espacios y holguras entre las piezas en contacto, pero en cambio soportará con dificultad las cargas y presiones a que debe estar sometido y no eliminará los ruidos de funcionamiento. Por otro lado, si el lubricante es muy viscoso soportará perfectamente la presión, pero fluirá mal por los conductos de engrase, llenará con dificultad el espacio entre las piezas lubricadas y la bomba necesitará absorber mayor energía del motor.

La viscosidad, que se mide normalmente en grados Engler (ºE) se determina normalmente midiendo el tiempo que tarda en fluir 200 cm3 de aceite, y compararlo con el tiempo que tarda en fluir la misma cantidad de agua, todo ello a la temperatura de 20 ºC. Otra unidad de medida habitual es el centipoise y el centistoke. La Sociedad de Ingenieros de Automoción (SAE) establece una clasificación de lubricantes atendiendo a su viscosidad a -18ºC y a 100ºC, como se verá más adelante

Otras características del aceite lubricante son las siguientes:

ÍNDICE DE VISCOSIDAD: Se entiende como índice de viscosidad el valor que relaciona la variación de viscosidad del aceite con la temperatura. Siempre que se calienta un aceite, éste se vuelve más fluido, su viscosidad disminuye; por el contrario, cuando el aceite se enfría, se vuelve más espeso o sea su viscosidad aumenta. Dependiendo de las características del lubricante esta viscosidad puede ser mayor o menor

UNTUOSIDAD: La untuosidad es la propiedad que representa mayor o menor adherencia de los aceites a las superficies metálicas a lubricar y se manifiesta cuando el espesor de la película de aceite se reduce al mínimo, sin llegar a la lubricación límite.DENSIDAD: Es el cociente de la masa y el volumen que ocupa, esto es la masa de un litro del mismo. Para los aceites lubricantes normalmente se indica la densidad a 15ºC.PUNTO DE INFLAMACIÓN: El punto de inflamación de un aceite lo determina la temperatura mínima a la cual los vapores desprendidos se inflaman en presencia de una llama.PUNTO DE COMBUSTIÓN: Si prolongamos el ensayo de calentamiento del punto de inflamación, notaremos que el aceite se incendia de un modo más o menos permanente, ardiendo durante unos segundos. Es entonces cuando se ha alcanzado el punto de combustión.PUNTO DE CONGELACIÓN: Es la temperatura a partir de la cual el aceite pierde sus características de fluido para comportarse como una sustancia sólida.ACIDEZ: Los diferentes productos terminados, obtenidos del petróleo bruto pueden presentar una reacción ácida o alcalina. En un aceite lubricante, una reacción ácida excesiva puede ser motivo de un refinado en malas condiciones. A esta acidez se le llama acidez mineral.ÍNDICE DE BASICIDAD T.B.N: Es la propiedad que tiene el aceite de neutralizar los ácidos formados por la combustión en los motores. El T.B.N. (Total Base Number) indica la capacidad básica que tiene el aceite. Si analizamos un aceite usado, el T.B.N residual nos puede indicar el tiempo (en horas) que podemos prolongar los cambios de aceite en ese motor.CAPACIDAD ANTIESPUMANTE: La formación de espuma consiste en la emulsión de aire en la masa de aceite, fenómeno indeseable porque perjudica la correcta formación de película lubricante y por tanto, afecta a las buenas cualidades lubricantes. La formación de espuma se evita adicionando sustancias antiespumantes que aumentan la tensión superficial del aceite.

CAPACIDAD DETERGENTE: En los motores se producen gran cantidad de residuos, como carbonillas y residuos inquemados, que se aglomeran y producen mal funcionamiento y rápido desgaste. Para evitarlo, se añade a los aceites productos detergentes que los mantienen en suspensión sin que se aglomerenESTABILIDAD QUÍMICA: Es la capacidad que tienen los aceites de permanecer inalterables a la oxidación y a la descomposición. Para mejorarla se usan aditivos.DEMULSIBILIDAD: Es la mayor o menor facilidad con que el aceite se separa del agua.COLOR y FLUORESCENCIA: Cuando observamos un aceite lubricante a través de un recipiente transparente el color nos puede dar idea del grado de pureza o de refino y la fluorescencia del origen del crudo.

3. Funciones del sistema de lubricaciónAdemás de proporcionar una capa entre piezas móviles que evite los efectos del rozamiento, el sistema de lubricación tiene otras funciones secundarias:- Facilitar el arranque en frío. Con el motor bien lubricado y con el aceite a la temperatura adecuada un motor debe arrancar en cualquier condición de clima o temperatura externa, y el aceite debe mantenerse lo suficientemente fluido como para llegar a todos los puntos que deben ser lubricados- Refrigerar. El aceite del motor es el principal refrigerante de las piezas del motor- Limpiar el motor internamente. Un buen lubricante de motor tiene un efecto de escoba. Arrastra al cárter partículas de carbón, hollín y otros residuos de la combustión. Esta suciedad se mezcla con el aceite del motor y es eliminada en cada cambio de aceite. En los motores diesel, con fuelóleo la cantidad de contaminantes de origen y formados en la combustión es tal, que es preciso hacer una depuración en continuo mediante centrífugas.- Prevenir la oxidación. Un aceite formulado adecuadamente deposita una película química sobre

las piezas del motor. De esta manera las aísla del agua como si fuera un escudo protector de los metales. Es como si plastificáramos las piezas de metal para evitar que tengan contacto con el agua. Así el motor queda protegido de la corrosión producida por la humedad.

4. Sustitución del aceite del motor

Se intenta que el aceite sea muy estable y en realidad en sí mismo apenas se degrada. Su vida es muy larga, y sin embargo, es necesario sustituirlo con frecuencia. Las dos razones que hacen que un aceite deba ser sustituido es la degradación de los aditivos que le confieren características especiales (mejora del índice de viscosidad, detergencia, untosidad, estabilidad química, capacidad antiespumante, basicidad, etc) y la contaminación con partículas extrañas (agua, polvo, metales, restos de carbonillas e inquemados que le confieren acidez, etc)

Cuando el depósito de aceite es pequeño, menor de 100 litros, el aceite se cambia con una periodicidad fija o por horas de funcionamiento. Pero cuando se trata de grandes cantidades, el aceite se analiza y se cambia cuando los resultados del análisis así lo aconsejan.

En motores de combustión, es el aumento de la acidez debida al paso de gases al cárter y la contaminación por metales y por carbonillas de características abrasivas lo que suele causar que el analista del aceite recomiende la sustitución.

5. Tipos de lubricantes

Los lubricantes tienen diversas clasificaciones: por origen, por viscosidad, etc.

Clasificación según su origen

- Aceites Minerales: Son productos derivados del petróleo. El petróleo crudo tiene diferentes componentes que lo hace indicado para distintos tipos de producto final, siendo el más adecuado para obtener aceites el crudo parafínico.- Aceites Sintéticos: , Son aceites a medida, creados a partir de productos petrolíferos combinados con procesos en laboratorio. Al ser más largo y complejo su elaboración, resultan más caros que los aceites minerales.Clasificación según su viscosidad

La Society of Automotive Engineers (SAE) establece tres tipos de lubricantes, según su viscosidad:

Aceites de motor: Son aceites fluidos empleados para la lubricación del motor, con un grado de viscosidad que oscila entre SAE 0W y SAE 70:

Grado SAE

Viscosidad Cinemática cSt @ 100°C

0W

3,8

5W

3,8

10W

4,1

15W

5,6

20W

5,6

25W

9,3

20

5,6 - 9,3

30

9,3 - 12,5

40

12,5 - 16,3

50

16,3 - 21,9

60

21,9 - 26,1

Dentro de estos aceites están los llamados aceites multigrado, que abarcan varias denominaciones SAE y se comportan como varios aceites de un solo grado en cuanto a su viscosidad. Por ejemplo, un aceite SAE 10W 50 indica que el aceite se comporta en frío como un SAE 10 y en caliente como un SAE 50 (la W proviene de winter, invierno)Valvulinas: Son aceites densos empleados en la lubricación de engranajes en general. Las válvulinas abarcan los grupos SAE 80 a SAE 120

Grasas consistentes: Son aceites sólido, espesados con jabones, que se emplean para lubricación estanca de cojinetes y rodamientos.

6. Análisis de aceite de motor

Los parámetros que se analizan normalmente son los siguientes:

- Viscosidad. Es importante medir no sólo la viscosidad que tiene una muestra de aceite en un momento dado, sino que para poder valorar el análisis correctamente es necesario conocer los análisis anteriores y especialmente el análisis cuando el aceite estaba sin usar. Es importante también tomar la muestra del modo adecuado y que la temperatura esté próxima a la temperatura de trabajo del aceite- Contenido en agua- Contenido en combustible, sobre todo en el caso de empleo de combustibles líquidos (gasolina, gasoil, fuel-oil, biomasa líquida, aceites reciclados como combustibles, etc)- Sales inorgánicas (sílice, carbonatos, cloruros)Metales (hierro, cromo, plomo, cobre y estaño, principalmente)- Indice de basicidad o Indice de acidez (TBN, TAN)- Metales (hierro, cromo, plomo, cobre y estaño, principalmente)

A continuación se indican los ensayos más utilizados, el procedimiento usado y lo que se busca al hacer el análisis:

Viscosidad: se mide resistencia del aceite a fluir. El cambio de la misma en los aceites usados pone de manifiesto problemas de oxidación, presencia de agua, dilución por combustible, etc.

Determinación de contenido de agua (ASTM D-95): La presencia de agua puede indicar problemas vinculados al agua de refrigeración, condensación, fugas de agua, etc.

Determinación del TBN (ASTM D-2896): Mide la capacidad residual de aditivos básicos del lubricante que protegen al equipo de la corrosión.

Análisis de metales por Espectroscopia de Absorción Atómica. Existen tres fuentes que originan metales: metales de desgaste, aditivos y contaminantes:

- Metales de desgaste: Estos metales indican desgastes en componentes particulares de una unidad estudiada permitiendo evaluar el estado de los mismos (hierro, cromo, plomo, cobre y estaño, principalmente)- Aditivos: Existen metales en numerosos paquetes de aditivos de lubricantes; la caída de concentración de los mismos dan una idea del deterioro de las propiedades del lubricante (Magnesio, Zinc, Calcio, etc.).- Contaminantes: Contaminantes externos (polvo, tierra, refrigerante) pueden ser detectados de acuerdo a componentes metálicos presentes en los mismos, indicando un fallo en la estanqueidad del sistema lubricante (Silicio, Sodio, Aluminio, etc.).

Dilución por combustible por Cromatografía de gases (ASTM D-3524). El paso de combustible al aceite es frecuente en motores con problemas de mala relación aire/combustible por problemas de inyección, compresión, etc.También una mala estanqueidad de los cilindros por desgaste excesivo o deterioro de los anillos

rozantes del pistón, o incluso un rallado de los cilindros puede provocar una dilución del aceite.

Determinación de contenido de insolubles (insolubles en pentano y tolueno; ASTM D-893): Indica la presencia de contaminantes sólidos (productos de oxidación, hollín, contaminantes externos) e identificación de la naturaleza de los mismos.

Blotter test (Cromatografía de gota) Mediante una gota de aceite en un papel adecuado se obtiene una primera información cualitativa valiosa sobre el estado del mismo. Es un buen ensayo de autocontrol que puede efectuarse con facilidad y con un entrenamiento mínimo

Examen microscópico de cualquier partícula visible en la muestra o eventualmente en el filtro. La identificación cualitativa de la composición del metal revela componentes que están sufriendo el desgaste y el análisis morfológico sugiere modo y causa del mismo.

7. Partes del motor que deben lubricarse

En un motor alternativo las partes que suelen lubricarse son las siguientes:

- Pistones- Cilindros- Cojinetes de biela- Cojinetes de bancada- Cabezas de biela- Árbol de levas- Balancines- Guías de válvulas- Cojinetes del turbocompresor

8. Elementos que forman el sistema de engrase

Los antiguos sistemas de engrase por barboteo actualmente están en desuso. Consistían en que las cabezas de las bielas llevaban unas pequeñas cucharillas que se sumergían en el aceite y por fuerza centrífuga lo lanzaban contra las superficies internas impregnándolas y penetrando en conductos que lo llevaban hasta los cojinetes de bancada y del árbol de levas, para terminar en el cárter. Actualmente el sistema ha evolucionado hasta el denominado engrase a presión.

El esquema es el siguiente:

Figura 3: Esquema de lubricación a presión

El cárter constituye el almacén de aceite lubricante. Este aceite es aspirado por la bomba mecánica de engranajes, acoplada al eje del motor alternativo, que hace circular el aceite por el circuito. Tiene que atravesar un filtro grueso que evita que partículas gruesas estén en circulación, y que protege fundamentalmente la bomba. Tras ésta, está el filtro de aceite, que suele ser de papel y recubierto por una carcasa metálica, de paso mucho más fino que el anterior, y que permite la extracción periódica de los sólidos en suspensión. Un regulador ajustable, montado en paralelo con la tubería principal, hace que la presión en el circuito no pueda sobrepasar un cierto valor, recirculando una parte del aceite hacia el tanque. De la tubería principal salen ramificaciones hacia los diversos puntos que necesitan lubricación. Así, una parte va a los cojinetes del cigüeñal (cojinetes de bancada y de cabeza de biela), otra parte se pulveriza y en forma de nube lubrica las paredes de los cilindros. El segmento rascador o de engrase de los pistones lo barre de las paredes y lo hace retornar al cárter; otras ramificaciones de la conducción principal llevan el aceite hacia los apoyos del árbol de levas, eje de balancines y guías de válvulas, desde donde retorna al cárter; el pie de biela también es lubricada a presión, a través de un taladro que parte del cojinete de bancada; por último, también alcanza los cojinetes del turbocompresor, punto crítico de lubricación por las altas velocidades a las que gira.

Los principales elementos del circuito de engrase son los siguientes:

- Cárter.

Es el depósito de aceite, y se sitúa en la parte baja del motor. Este tipo de configuración se denomina de ‘cárter húmedo’, ya que la parte baja del motor actúa como almacén de aceite. En

determinados motores alternativos usados en automoción se utiliza a veces el determinado ‘cárter seco’, en el que la parte baja no contiene aceite, sino que éste es conducido a un depósito situado en el exterior del motor (por problemas relacionados con el movimiento y con el centro de gravedad del vehículo. Estos problemas, por supuesto, no afectan al motor de gas de una planta de cogeneración). También existen algunos motores estacionarios de cárter seco, aunque no es en absoluto habitual.

- Bomba auxiliar o bomba de prelubricación.

Durante los arranques y las paradas, la bomba principal mecánica no es suficiente para asegurar la correcta lubricación, al estar accionada por el eje del motor, que está parado o a velocidad demasiado baja. Por ello, durante los arranques y las paradas el aceite es impulsado por una bomba de lubricación eléctrica auxiliar, hasta que el motor alcanza unas revoluciones determinadas, a las que la presión de la bomba principal es suficiente. En ese momento se produce la conmutación entre ambas.

- Bomba principal mecánica.

Se trata normalmente de una bomba de engranajesSe trata normalmente de una bomba de engranajes

Figura 4: Bomba de lubricación de engranajes

Una de las ruedas dentadas está acoplada al eje del motor, y gira con él. La otra es una rueda loca. La bomba aspira el aceite y lo impulsa con caudal y presión suficiente como para abastecer las necesidades de engrase del motor.

- Sistema de precalentamiento del aceite

Para asegurar que la temperatura del aceite, y por tanto su viscosidad, sean siempre las apropiadas, el cárter tiene unas resistencias eléctricas que precalientan el aceite y facilitan así el arranque en frío.

- Filtros

El sistema va equipado con dos tipos de filtros: un filtro grueso, metálico, cuyo fin es no dejar pasar la partículas de gran tamaño y proteger así la bomba de lubricación, y un filtro fácilmente cambiable, de papel protegido por una carcasa metálica que le confiere resistencia. Este filtro suele ir equipado con un medidor de presión diferencial, que indicará cuando el filtro está obstruido y

necesita ser cambiado o limpiado.

- Medidores de presión.

Es un sistema compuesto de sensores de presión y transmisores o acondicionadores de señal, que informan al sistema de control de las presiones de aceite en diversos puntos del circuito

- Reguladores de presión.

La válvula reguladora de presión está colocada después del filtro y se encarga de descargar al cárter el aceite sobrante cuando la presión de aceite del circuito supera cierto valor. La presión de regulación puede ser ajustada en la propia válvula. Este sistema protege el circuito de sobrepresiones de aceite. La presión suele oscilar entre los 2 y 3 Kg/cm2 con el motor caliente y cerca de los 4 Kg/cm2 con el motor frío

- Sistema de refrigeración del aceite

El aceite, como hemos visto, tiene entre sus funciones la refrigeración de determinadas partes internas del motor. El calor que absorbe el aceite debe ser eliminado para evitar que la temperatura del mismo supere su rango óptimo de funcionamiento. Los motores de gas suelen ir equipados con un intercambiador aceite-agua de manera que el calor absorbido por el aceite pasa al circuito de refrigeración. Este circuito, como se verá más adelante, forma parte del circuito de refrigeración de baja temperatura, y el calor puede ser recuperado como calor útil o, más frecuentemente, ser evacuado a la atmósfera.

- Sistema de extracción de vahos

En todos los motores y especialmente en los motores que ya han perdido compresión, parte de los gases de combustión sin quemar o quemados pasan al interior del cárter, que al condensarse se mezclan con el aceite y hacen perder parte de sus cualidades lubricantes, pues aumentan su acidez. Además, genera una sobrepresión que afecta al rendimiento del motor, pues esa sobrepresión crea una fuerza que se opone al movimiento. Por esta razón, los motores alternativos de gas suelen trabajar con el cárter a presión inferior a la atmosférica, y utilizan un extractor para evacuar los gases que pueda haber en el cárter.

El sistema, además del propio extractor y sus filtros (para evitar que el aceite que arrastra ese vapor vaya a la atmósfera) tiene dos tipos de sensores: el sensor de presión, que indicará la presión de vahos en el interior, y un detector óptico de niebla. Cuando el aceite toca algún punto muy caliente, por ejemplo un cojinete en mal estado que se está calentando de forma excesiva, parte de los componentes del aceite se evaporan o combustionan formando una niebla que indica que el motor, en algún punto, presenta una temperatura excesiva. Lubricación

El propósito de la lubricación es la separación de dos superficies con deslizamiento relativo entre sí de tal manera que no se produzca daño en ellas: se intenta con ello que el proceso de deslizamiento sea con el rozamiento más pequeño posible.  Para conseguir esto se intenta, siempre que sea posible, que haya una película de lubricante (gaseoso, líquido o sólido) de espesor suficiente entre las dos superficies en contacto para evitar el desgaste.

El lubricante en la mayoría de los casos es aceite mineral. En algunos casos se utiliza agua, aire o lubricantes sintéticos cuando hay condiciones especiales de temperatura, velocidad, etc.

Históricamente es interesante señalar que únicamente con la mejora de los procesos de fabricación de elementos metálicos (a partir de la revolución industrial) y el aumento de las velocidades de giro de ejes y elementos rodantes se ha podido obtener los valores de disponibilidad que actualmente tenemos con ellos.

1.3 Objetivos y campos de aplicación

El objetivo de la lubricación es reducir el rozamiento, el desgaste y el calentamiento de las superficies en contacto de piezas con movimiento relativo.

La aplicación típica en ingeniería mecánica es el cojinete, constituido por muñón o eje, manguito o cojinete.

Campos de aplicación:

o cojinetes del cigüeñal y bielas de un motor (vida de miles de Km.).o cojinetes de turbinas de centrales (fiabilidad del 100%).

Los factores a considerar en diseño son técnicos y económicos:o cargas aplicadas y condiciones de servicio.o condiciones de instalación y posibilidad de mantenimiento.

o tolerancias de fabricación y funcionamiento; vida exigida y vida útil.

o costos de instalación y mantenimiento.

La lubricación por película fluida ocurre cuando dos superficies opuestas se separan completamente por una película lubricante y ninguna aspereza está en contacto.  La presión generada dentro el fluido soporta la carga aplicada, y la resistencia por fricción al movimiento se origina completamente del cortante del fluido viscoso.

El espesor de la película lubricante depende en gran parte de la viscosidad del lubricante tanto en el extremo alto como bajo de la temperatura.

1.4  Superficies Concordantes

Las superficies concordantes se ajustan bastante bien una con otra con un alto grado de conformidad geométrica, de manera que la carga se transfiere a un área relativamente grande.

Por ejemplo el área de lubricación para una chumacera será de 2π por el radio por la longitud.

El área de la superficie que soporta una carga permanente generalmente constante mientras la carga se incrementa.

Fig. 1 Chumacera y manguito

La chumacera con lubricación de película fluida representada en la figura 1 y los cojinetes deslizantes tienen superficies concordantes. En las chumaceras la holgura radial entre el cojinete y el manguito es por lo general la milésima parte del diámetro del cojinete; en los cojinetes deslizantes la inclinación de la superficie de estos respecto al rodillo de rodadura suele ser muy rara. Un ejemplo de superficie concordante es la junta de la cadera del ser humano.

1.5 Superficies no Concordantes

Muchos elementos de maquinas lubricados por una película fluida tienen superficies que no concuerdan entre si. Entonces un área pequeña de lubricación debe soportar todo el peso de la carga.

Por lo general el área de lubricación de una conjunción no concordante es 3 veces menor que la magnitud que la de una superficie concordante.

El área de lubricación entre superficies no concordantes se agranda bastante con el incremento de carga; pero aun así es más pequeña que el área de la lubricación entre las superficies concordantes.Ejemplos de superficies no concordantes son el acoplamiento de los dientes de un engranaje, el contacto entre levas y seguidores, y también los cojinetes de elementos rodantes.

Fig. 2 Representación de superficies no concordantes

1.6 Tipos de lubricación,  Lubricación Hidrodinámica

Tenemos cuatro tipos básicos de lubricación y estos se desarrollan a continuación. La lubricación hidrodinámica se caracteriza en superficies concordantes con una lubricación por película fluida. En este tipo de lubricación las películas son gruesas de manera que se previene que las superficies sólidas opuestas entren en contacto. Con frecuencia se la llama la forma ideal de lubricación, porque proporciona baja fricción y alta resistencia al desgaste.

La lubricación de las superficies sólidas se rige por las propiedades físicas del volumen del lubricante, especialmente de la viscosidad; por otra parte, las características de fricción se originan puramente del cortante del lubricante viscoso.Una presión positiva se desarrolla en una chumacera o en un cojinete de empuje lubricados ambos hidrodinámicamente, porque las superficies del cojinete convergen, y su movimiento relativo y la viscosidad del fluido separan las superficies. La existencia de una presión positiva implica que se soporta la aplicación de una carga normal.

Generalmente la magnitud de la presión que se desarrolla es menor que 5 Mpa y no es lo suficientemente grande para causar una deformación elástica significativa en las superficies.

En un cojinete lubricado hidrodinámicamente el espesor mínimo de la película es función de la carga normal que se aplica W, de la velocidad ub, de la viscosidad absoluta del lubricante η0 y de la geometría (Rx y Ry). En la figura 3 se representa características de la lubricación hidrodinámica.  El espesor mínimo de película hmin como una función ub y W para el movimiento deslizante se obtiene mediante la ecuación 1:

Donde el espesor mínimo de la película normalmente excede 1 μm.(hmin)≈(ub / W ) ^½  Ec. 1

Fig. 3 Lubricación hidrodinámica

1.6.1 Lubricación Elastohidrodinámica (EHL)

Este es un tipo de lubricación que desde su descubrimiento por los profesores británicos Dowson Duncan y Higginson Gordon en la década de los años 50’s marcó el verdadero comienzo a la solución de los problemas de desgaste en mecanismos que funcionaban sometidos a condiciones de altas cargas y bajas velocidades y que hasta entonces se manejaban como mecanismos lubricados por película límite ó fluida.  La lubricación EHL se presenta en mecanismos en los cuales las rugosidades de las superficies de fricción trabajan siempre entrelazadas y nunca llegan a separarse. En este caso las crestas permanentemente se están deformando elásticamente y el control del desgaste y el consumo de energía depende de la película adherida a las rugosidades. Se podría denominar esta película como límite pero de unas características de soporte de carga y de resistencia al desgaste mucho más elevadas que las que forma la película límite propiamente dicha.  En la lubricación EHL la lubricación límite es permanente, ó sea que no hay mucha diferencia entre las condiciones de lubricación en el momento de la puesta en marcha del mecanismo y una vez que este alcanza la velocidad nominal de operación.

La definición de la lubricación Elastohidrodinámica se puede explicar así:  Elasto: elasticidad, ó sea que la cresta de la irregularidad en el momento de la interacción con la cresta de la otra superficie se deforma elásticamente sin llegar al punto de fluencia del material; Hidrodinámica, ya que una vez que ocurre la deformación elástica la película de aceite que queda atrapada entre las rugosidades forma una película hidrodinámica de un tamaño microscópico mucho menor que el

que forma una película hidrodinámica propiamente dicha. En la lubricación hidrodinámica el espesor de la película lubricante puede ser del orden de 5 mm en adelante, mientras que en la EHL de 1 mm ó menos.  Normalmente esta lubricación está asociada con superficies no concordantes y con la lubricación por película fluida.

1.7  Lubricación Marginal

En la lubricación marginal los sólidos no están separados por el lubricante, los efectos de la película fluida son insignificantes y existe un contacto de las asperezas importante. El mecanismo de lubricación por contacto se rige por las propiedades físicas y químicas de las películas delgadas de superficie de proporciones moleculares.  Las propiedades volumétricas del lubricante tienen menor importancia y el coeficiente de fricción es esencialmente independiente de la viscosidad del fluido. Las propiedades de los sólidos y la película del lubricante en las interfaces comunes determinan las características de la fricción.

El espesor de las películas de superficie varia entre 1 y 10 nm, dependiendo del tamaño molecular.

La Fig. 4 ilustra las condiciones de película fluida en la lubricación marginal.  Las pendientes de la superficie y los espesores de la película se encuentran magnificados por fines didácticos.

Fig. 4 Condiciones de película que se requieren para la lubricación a) lubricación por película fluida: superficies separadas por la masa principal de la película lubricante; b) lubricación mixta; tanto la

masa principal del lubricante como la película marginal tienen una función; c) lubricación marginal: el desempeño depende esencialmente de la película marginal.

En la Fig. 5 se muestra el comportamiento del coeficiente de fricción en los diferentes regímenes de lubricación.  El coeficiente de fricción medio se incrementa hasta un total de tres veces más al pasar del régimen hidrodinámico, al elastohidrodinámico, al marginal y al sin lubricación.

Fig. 5 Diagrama de barras que muestra los coeficientes de fricción para varias condiciones de lubricación

La Fig. 6 muestra la tasa de desgaste en los varios regímenes de lubricación determinada por la carga de operación.  En los regímenes hidrodinámicos y elastohidrodinámicos existe poco o ningún desgaste pues no hay contacto de asperezas.  En el régimen de lubricación marginal, el grado de interacción de asperezas y la tasa de desgaste se incrementan a medida que la carga aumenta. La transición de lubricación marginal a una condición no lubricada se distingue por un cambio drástico en la tasa de desgaste.

A medida que se incrementa la carga relativa en el régimen no lubricado la tasa de desgaste se incrementa hasta que se presentan estrías o cuando ocurre el agarrotamiento y el elemento de maquina ya no opera adecuadamente.  La mayoría de las maquinas no operan por mucho tiempo sin alguna lubricación con la consecuencia inmediata de una falla de los elementos involucrados.

La lubricación marginal se utiliza en los elementos de maquinas con cargas pesadas y bajas velocidades de operación, donde es difícil obtener una lubricación por película fluida.  Como ejemplo clásico tenemos el funcionamiento de las bisagras de las puertas que utilizan esta lubricación.

Fig. 6 Rapidez del desgaste para varios regimenes de lubricación

1.8 Lubricación Mixta

La gráfica  generada por un rugosímetro tal como lo muestra la Fig. 7 una línea media de referencia.  Este sistema se basa en la selección de la línea media como centroide del perfil. De esta forma las áreas por encima y debajo de esta línea son iguales, de manera que el promedio zi es cero.  Es una condición intermedia entre las películas límite e hidrodinámica, en la cual un buen porcentaje de las crestas de las dos superficies interactúan presentándose la película límite y otras ya están separadas en las cuales la película límite no desempeña ninguna labor.  En lubricación mixta el desgaste y el consumo de energía dependen tanto de las características de la película límite como de la resistencia a la cizalladura de la película fluida y de su estabilidad (IV).

Si las presiones en los elementos de maquinas lubricados resultan ser demasiado altas (alta carga) o las velocidades de operación son demasiado bajas, la película del lubricante se dispersa; existe algún contacto entre asperezas y entonces ocurre este tipo de lubricación.  El comportamiento de la conjunción en un régimen de este tipo se rige por una combinación de efectos marginales y de película fluida.  La interacción parcial ocurre entre una o más capas moleculares de películas de lubricación marginal.  La acción parcial de la lubricación de película fluida se desarrolla en el volumen del espacio entre los sólidos. El espesor promedio de la película en una conjunción de este tipo es menor a una micra pero mayor a 0.01 micras.

Es importante reconocer que la transición de la lubricación hidrodinámica a la mixta no ocurre instantáneamente a medida que la severidad de la carga se incrementa, sino que las presiones dentro del fluido que llena el espacio entre los sólidos opuestos soportan una proporción decreciente de la carga.  A medida que ésta se incrementa, la mayor parte la soporta la presión de contacto entre las asperezas de los sólidos.  Además el régimen de lubricación para superficies concordantes va directamente de la lubricación hidrodinámica a la mixta.

Esta es una primera parte de una serie de tres, que rescatan en forma muy resumida esta insondable ciencia, comprenderá el lector que es imposible abarcar todos los términos y definiciones que encierra la Tribologia, esperamos que cualquier duda o requerimiento de mayor información la hagan llegar por este mismo medio para que estas sean aclaradas, los esperamos para el próximo boletín, atte. 

TIPOS DE LUBRICACIÓN Película lubricanteLa película del lubricante debe ser lo suficientemente gruesa como para separar los componentes del mecanismo. El espesor necesario de película depende de la rugosidad superficial, la existencia de partículas de suciedad y la duración requerida.También depende de la viscosidad del medio y de las condiciones de funcionamiento, particularmente de la temperatura, velocidad de rotación y, en cierta forma, de la carga. Se pueden distinguir tres situaciones diferentes de lubricación: capa límite, lubricación hidrodinámica y lubricación

elasto-hidrodinámica. Lubricación por capa límite Se obtiene lubricación por capa límite cuando el espesor de la película del lubricante es de una magnitud similar a las moléculas individuales de aceite. Esta condición se presenta cuando la cantidad de lubricante es insuficiente, o el movimiento relativo entre las dos superficies es demasiado lento. El coeficiente de rozamiento μ en este caso es alto, tan alto como 0.1, y sobre el incipiente contacto metálico puede alcanzar 0.5.Cuando el coeficiente aumenta (esto es, la resistencia aumenta), las pérdidas por rozamiento también aumentan. Estas se convierten en calor, aumentando la temperatura del lubricante y reduciéndose su viscosidad de forma que la capacidad de carga de la película se reduce (el caso peor es cuando se reduce tanto que el contacto metálico se produce). Ello se puede evitar empleando aditivos que refuercen la resistencia de la película.Lubricación hidrodinámicaLa lubricación hidrodinámica o lubricación de película gruesa, se obtiene cuando las dos superficies están completamente separadas por una película coherente del lubricante. El espesor de la película excede así de las irregularidades combinadas de las superficies. El coeficiente del rozamiento es bastante menor que en la lubricación por capa límite, y en ciertos casos puede llegar a 0.005. La lubricación hidrodinámica evita el desgaste de las partes en movimiento, ya que no hay contacto metálico entre ellas.Lubricación elasto-hidrodinámicaEsta condición se obtiene en superficies en contacto fuertemente cargadas (elásticas), esto es, superficies que cambian su forma bajo una carga fuerte, y vuelven a su forma original cuando cesa la carga.

DIFERENCIAS ENTRE GRASAS Y ACEITES

Cuando dos cuerpos sólidos se frotan entre sí, hay una

considerable resistencia al movimiento sin importar lo cuidadosamente que las superficies se hayan maquinado y pulido. La resistencia se debe a la acción abrasiva de las aristas y salientes microscópicas y la energía necesaria para superar esta fricción se disipa en forma de calor o como desgaste de las partes móviles. Históricamente, el primer lubricante fue el sebo. Se utilizaba para engrasar las ruedas de los carros romanos ya en el año 1400 a.C. En la actualidad los lubricantes suelen clasificarse en grasas y aceites. Estas dos clases de lubricantes aparecieron teniendo en cuenta factores tales como velocidades de operación, temperaturas, cargas, contaminantes en el medio ambiente, tolerancias entre las piezas a lubricar, períodos de lubricación y tipos de mecanismos; Existen diferentes grados de grasas y aceites dependiendo de la necesidad que se tenga y de los factores de operación. Una mala sección es tan peligrosa como si se hubiese dejado el mecanismo sin lubricante alguno. Muchas de las fallas que ocurren en este campo tienen su origen aquí; de ahí la seguridad que se debe tener cuando se

seleccione un lubricante. •Cuándo empleo grasa? La grasa se emplea generalmente en aplicaciones que funcionan en condiciones normales de velocidad y temperatura. La grasa tiene algunas ventajas sobre el aceite. Por ejemplo, la instalación es más sencilla y proporciona protección contra la humedad e impurezas. Generalmente se utiliza en la lubricación de elementos tales como cojinetes de fricción y antifricción, levas, guías,

correderas, piñonería abierta algunos rodamientos. •Cuándo empleo aceite? Se suele emplear lubricación con aceite

cuando la velocidad o la temperatura de funcionamiento hacen imposible el empleo de la grasa, o cuando hay que evacuar calor. El aceite, tiene su mayor aplicación en la lubricación de compresores, motores de combustión interna, reductores, motorreductores, transformadores, sistemas de transferencia de calor, piñoneras abiertas, cojinetes de fricción y antifricción y como fluidos hidráulicos. •La función del lubricante es: Formar una película entre los

componentes en movimiento, para evitar el contacto metálico. La película debe ser suficientemente gruesa para obtener una lubricación satisfactoria, incluso bajo fuertes cargas, variaciones grandes de temperatura y vibraciones; Reducir el rozamiento y eliminar el desgaste; Proteger contra la corrosión; Obturar (en el caso de la grasa) contra impurezas tales como suciedad, polvo, humedad o agua. •Concepto de grasas lubricantes: La primera grasa lubricante se

fabricó en 1872. Desde el principio las grasas se basaron en jabones cálcicos y líticos. En 1940 se desarrollaron las grasas líticas, y en una década después se lanzaron las grasas de jabón compuesto de aluminio. La grasa es un producto que va desde sólido a semilíquido y es producto de la dispersión de un agente espesante y un líquido lubricante que dan las prosperidades básicas de la grasa. Las grasas convencionales, generalmente son aceites que contienen jabones como agentes que le dan cuerpo. El tipo de jabón depende de las necesidades que se tengan y de las propiedades que debe tener el producto. La propiedad más importante que debe tener la grasa es la de ser capaz de formar una película lubricante lo suficientemente resistente como para separar las superficies metálicas y evitar el contacto. Existen grasas en donde el espesante no es jabón sino productos, como arcillas de bentonita. El espesor o consistencia de una grasa depende del contenido del espesante que posea, puede fluctuar entre un 5% y un 35% por peso según el caso. El espesante es el que le confiere propiedades tales como resistencia al agua, capacidad de sellar y de resistir altas temperaturas sin variar sus propiedades ni descomponerse