LUBRICACIÓN EFECTIVA

1

LUBRICACIN EFECTIVA

Pedro Albarracn Aguilln Ingeniero Mecnico

Universidad de Antioquia Medelln Colombia

Tribos Ingeniera S.A.S, Nit. 900.652.287-9 / Cra.26 A No.10-199 Int.103 El Poblado Telfono: (057-4) 444 05 81 Ext. 101 [email protected]

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Captulo 1

LUBRICACIN EFECTIVA

1. OBJETIVOS

La LUBRICACION EFECTIVA hace parte de la LUBRICACION CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD - LCC cuyos objetivos son los siguientes: - Implementacin de los programas de lubricacin que constituyen el LCC y que permitirn

asegurar que todos los mecanismos de los equipos rotativos de la empresa, cuenten con los elementos y accesorios que les permitan ser lubricados eficientemente, dentro de intervalos de CCtiempo precisos, y con el lubricante que ms se adecue a las condiciones operacionales de los mismos, con bajos costos de lubricacin y generando un efecto nulo sobre al ambiente al disponer de la manera ms adecuada posible de los lubricantes luego de haber cumplido con su ciclo de servicio.

- Implementar el programa de termografa para monitorear la temperatura de operacin. - Implementar el programa de Vibraciones mejorarlo en caso de que ya se est ejecutando, en

los equipos rotativos de la empresa. - Implementar el programa de Confiabilidad en los equipos rotativos de tal manera que se pueda

garantizar que todos estarn en estado OC1 (equipo principal en Operacin Confiable) y OC2 (equipo Stand By en operacin confiable) mediante el aseguramiento de la filosofa de la Confiabilidad, Disponibilidad y Mantenibilidad de dichos equipos rotativos.

2. DESARROLLO

La LUBRICACION CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD se desarrolla bajo la filosofa de interrelacionar los Programas de Lubricacin, Vibraciones y Confiabilidad, en los cuales estarn incluidos todos los equipos rotativos de la empresa, con miras a obtener resultados que permitan garantizar la Confiabilidad y Disponibilidad de dichos equipos rotativos. Los equipos rotativos incluidos en el desarrollo del LCC, se clasifican como equipos rotativos crticos, esenciales y de propsito general, y a cada uno de estos grupos de equipos rotativos, se le seleccionar el programa de lubricacin, termografa y vibraciones que ms le convenga, dentro del esquema de la LUBRICACION CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD. 3. DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS ROTATIVOS

- Crtico: es un equipo rotativo que al parar de manera no programada, para la empresa, para una

planta generando altos costos de mantenimiento o lucro cesante por prdidas en la produccin o en la oportunidad de negocios, impacta el ambiente, atenta contra la seguridad de las personas o afecta la imagen de la empresa.

- Esencial: es un equipo rotativo que cuenta con equipo rotativo auxiliar, y que al fallar de manera no programada no para la planta, pero genera una situacin de incertidumbre, ya que se convierte en un equipo rotativo crtico.

- De propsito general: es un equipo rotativo que cuando falla no genera los problemas de los equipos rotativos crticos, pero que de todas maneras, es importante porque se requiere para desarrollar un determinado trabajo dentro del proceso productivo de la planta.


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4. LUBRICACION CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD

La lubricacin no puede ser ajena al desarrollo de la filosofa MCC (Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad), aplicada a los equipos rotativos crticos, esenciales y de propsito general de la empresa, por lo que debe estar enmarcada dentro de programas interdisciplinarios, que permitan garantizar que todos los mecanismos lubricados alcanzarn su vida de diseo, con bajos costos por consumo de energa y mantenimiento y que los equipos rotativos incluidos dentro de esta filosofa tendrn los ndices de Confiabilidad y Disponibilidad esperados. Por otro lado las rutas para medicin, anlisis y diagnstico de las vibraciones mecnicas deben estar intrnsecamente relacionadas con los programas de lubricacin, ya que en un buen nmero de mecanismos lubricados, el estado real de la condicin vibracional de dicho mecanismo solo se podr determinar si se complementan estas dos tcnicas, ya que un mecanismo con una deficiente lubricacin dar lugar a elevados valores de vibracin, los que a su vez causarn el deterioro del mecanismo. La Confiabilidad es el resultado de la implementacin eficiente de los programas de lubricacin, de termografa y de vibraciones, y su objetivo ser la de medir la efectividad de los mismos. El programa LCC LUBRICACION CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD, debe estar complementado con el de temperatura, vibraciones y Confiabilidad.

5. PROGRAMAS DEL LCC

El programa Lubricacin Centrada en la Confiabilidad (LCC) es una filosofa desarrollada dentro de un programa que permite evaluar el estado actual de la lubricacin de los equipos rotativos y la eficacia de los programas de lubricacin que la empresa est desarrollando, con el objetivo de analizar y evaluar sus Fortalezas y Debilidades y especificar las Recomendaciones necesarias para involucrar la lubricacin de la empresa entre los mejores estndares mundiales en lubricacin, teniendo en cuenta los aspectos relevantes del Mantenimiento Productivo Total (TPM). La Lubricacin Centrada en la Confiabilidad (LCC) comprende los siguientes programas:

- Programa Lubricacin Efectiva. - Programa Lubricacin Preventiva. - Programa Lubricacin Predictiva. - Programa Lubricacin Proactiva. - Programa Gestin Ambiental. - Programa Formacin de expertos.

6. PROGRAMA LUBRICACION EFECTIVA

El programa LUBRICACION EFECTIVA del LCC comprende los siguientes procesos, los cuales se deben desarrollar mediante el anlisis de las Fortalezas y Debilidades, especificando las Recomendaciones que se deben llevar a cabo para asegurar su efectividad.

1. Proceso 1: Personal de lubricacin. 2. Proceso 2: Cuarto de lubricantes. 3. Proceso 4: Carta de lubricacin. 4. Proceso 5: Rtulo de lubricacin. 5. Proceso 6: Pancarta de lubricacin. 6. Proceso 7: Vlvula de drenaje. 7. Proceso 8: Punto de muestreo de aceites. 8. Proceso 9: Sistema de venteo. 9. Proceso 10: Indicador del nivel de aceite. 10. Proceso 11: Fugas de aceite. 11. Proceso 12: Aceitera de 1 y 5 galones. 12. Proceso 13: Pistola engrasadora.


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13. Proceso 14: Grasera y protector plstico. 14. Proceso 15: Carro de lubricacin. 15. Proceso 16: Equipo para tambores de 55 galones de aceite. 16. Proceso 16: Equipo mvil de filtracin. 17. Proceso 17: Guarda para cadenas. 18. Proceso 18: Kit para almacenamiento de lubricante en planta. 19. Proceso 19: Licitacin de lubricantes.

7. PROGRAMA FORMACION DE EXPERTOS

El programa FORMACION DE EXPERTOS del LCC comprende los siguientes procesos, los cuales se deben desarrollar mediante el anlisis de las Fortalezas y Debilidades, especificando las Recomendaciones que se deben llevar a cabo para asegurar su efectividad.

1. Proceso 1: Evaluacin semestral de conocimientos. 2. Proceso 2: Charla mensual sobre actualizacin de conocimientos en lubricacin. 3. Procesos 3: Programa inteligente para autoformacin y certificacin en lubricacin. 4. Proceso 4: Seminario Lubricacin Efectiva, Categora I. 5. Proceso 5: Seminario Lubricacin y prcticas Predictivas, Categora II. . 6. Proceso 6: Seminario Lubricacin Proactiva, Categora III. 7. Proceso 7: Seminario Lubricacin de Clase Mundial, Categora IV. . 8. Proceso 8: Seminario terico prctico Tribologa y Confiabilidad operativa, Categora I.


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LUBRICACION CENTRADA EN

LA CONFIABILIDAD - LCC

LCC Programa 1 Lubricacin Efectiva

No Elemento Fortaleza Puntaje positivo

Debilidad Puntaje negativo

Puntaje parcial

Factor parcial

Puntaje global

01 Personal de lubricacin

Si tiene 100 Se improvisa -20 0,10

Falta capacitacin -20

No estn certificados -20

Personal insuficiente -20

No tiene 0 0 0 0,00

02 Cuarto de lubricantes Si tiene 100 Mal ubicado -20 0,10

Mal almacenamiento -20

Alta contaminacin -20

Diseo inadecuado -10

No tiene 0 0 0 0,00

03 Cartas de lubricacin Si tiene 100 Faltan mquinas -20 0,10

Informacin incompleta -10

Falta foto dibujo -10

No estn difundidas -10

No tiene 0 0 0 0,00

04 Rtulos de lubricacin Si tiene 100 Falta cdigo de color -20 0,05

Forma no definida -20

Falta rotular mquinas -10

No se rotula en el taller -10

No tiene 0 0 0 0,00

05 Pancartas metlicas Si tiene 100 Informacin incompleta -20 0,03

Nmero insuficiente -10

Mal ubicadas -10

No tiene 0 0 0 0,00

06 Vlvula de drenaje y tapn

Si tiene 100 Faltan mquinas -30 0,10

Vlvulas inadecuadas -20

Mal ubicadas -10

No tiene 0 0 0 0,00

07 Puerto de muestreo de aceites

08 Sistemas de venteo Si tiene 100 Faltan mquinas -30 0,10

Venteos inadecuados -20

Venteos mal ubicados -10

No tiene 0 0 0 0,00

09 Indicadores del nivel de aceite

Si tiene 100 Faltan mquinas -30 0,10

Son inadecuados -20

Estn mal montados -10

No tiene 0 0 0 0,00

10 Fugas de aceite Si tiene 100 Son comunes -30 0,02

No se corrigen a tiempo -20

No tiene 0 0 0 0,00

11 Aceiteras de 1 y de 5 galones

Si tiene 100 Son inadecuadas -10 0,05

No son suficientes -10

Material inadecuado -10

Una varias para todo -10

Color no estandarizado -20

Sin rotulacin -20

No tiene 0 0 0 0,00

12 Pistolas engrasadoras Si tiene 100 Son inadecuadas -10 0,05


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No son suficientes -10

Se llenan manualmente -5

No son acero inoxidable -5

Una varias para todo -20

Color no estandarizado -20

Sin rotulacin -20

No tiene 0 0 0,00

13 Grasera y protector plstico

14 Carro porttil de lubricacin

Si tiene 100 Es inadecuado -10 0,04

Capacidad insuficiente -20

No tiene 0 0 0 0,00

No necesita 100 4 4 4

13 Equipo para pre-filtracin y filtracin de aceites

Si tiene 100 No tiene calentador -20 0,04

Tiene un solo filtro -10

No tiene 0 0 0 0,00


14 Guardas metlicas para cadenas

Si tiene 100 Faltan algunas cadenas -20 0,05

No sirven para lubricar -40

No tiene 0 0 0 0.00


15 Equipo para tambores de 55 galones de aceite

16 Equipo mvil de filtracin

17 Guarda para cadenas

18 Kit para almacenamiento de lubricantes en planta

Si tiene 100 Mal ubicado -20 0,02

Alta contaminacin -20

Diseo inadecuado -10

No tiene 0 0 0 0


19 Licitacin de lubricantes

Si tiene 100 Varias marcas -40 0,05

No se hace licitacin -20

Sin asesora -10

Sin anlisis de aceites -10

No tiene 0 0 0 0.00

Puntaje total:

Puntaje global = Puntaje parcial x factor parcial Factor neto programa Lubricacin Correctiva: 0,25 Puntaje total mximo = 20

LCC Programa 6

Formacin de expertos

No Elemento Fortaleza Puntaje positivo

Debilidad Puntaje negativo

Puntaje parcial

Factor parcial

Puntaje global

01 Evaluacin semestral de conocimientos en tribologa y lubricacin

Si tiene 100 Es incompleta -30 0,05

Frecuencia inadecuada

-30

Falta personal a evaluar

-20

No tiene 0 0 0 0,00

02 Charla mensual sobre actualizacin de

Si tiene 100 Es incompleta -20

Frecuencia inadecuada

-20


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conocimientos en lubricacin

Intensidad inadecuada

-20

Falta de asistencia -10

No tiene 0 0 0 0,05

03 Programa inteligente para autoformacin y certificacin en lubricacin

Falta inversin -30 0,10

Faltan temas -20

Falta certificacin -10

Faltan facilitadores -20

No tiene 0 0 0 0,00


04 Seminario Lubricacin Efectiva, Categora I

Si tiene 100 Falta inversin -50 0,05


Falta de instructores -10

No tiene 0 0 0 0,00


05 Seminario Lubricacin y prcticas Predictivas, Categora II

Si tiene 100 Falta inversin -50 0,05



No tiene 0 0 0 0,00


06 Seminario Lubricacin Proactiva, Categora III

Si tiene 100 Faltan inversin -50 0,10



No tiene 0 0 0 0,00


07 Seminario Lubricacin de Clase Mundial, Categora IV

Si tiene Falta de inversin -50 0,10

Falta de asistentes -10


No tiene 0 0 0


08 Seminario terico-prctico Tribologa y Confiabilidad operativa, Categora I

Si tiene Falta de inversin -50 0,10

Falta de asistentes -10


No tiene 0 0 0 0,00


Puntaje total:

Puntaje global = Puntaje parcial x factor parcial Factor neto programa Lubricacin Correctiva: 0,25 Puntaje total mximo = 12,5


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Captulo 2

TRIBOLOGA

DEFINICION

La Tribologa viene de los trminos griegos Tribos: Friccin y Logos: estudio. Es quizs la ciencia de mayor trascendencia en la actualidad y lo ser an ms en el futuro en la medida en que el hombre necesite ser ms productivo, ya que sin su aplicabilidad resultara casi imposible la supervivencia de los seres vivos en la tierra. El movimiento generado por fuentes energticas cualquiera que sea su origen (viento, ros, olas del mar, tempestades, descargas elctricas, terremotos, etc), le ha permitido al hombre evolucionar desde perodos tan antiguos como la Edad de Piedra hasta la era de la conquista del espacio. Una tempestad con descargas elctricas fue precisamente el comienzo del desarrollo del hombre primitivo, porque fue ese fenmeno fsico de la naturaleza el que le permiti conocer el fuego al prenderse de manera accidental unas ramas secas, o quizs una pila de carbn, y de ah en adelante, a pesar de los miles de aos que an transcurrieron, hasta que l aprendiera a generarlo, le permitieron encontrar su verdadero camino que lo han conducido hasta los tiempos modernos y hacia niveles que hoy en da son insospechados para quienes hemos tenido la fortuna de habitar nuestro planeta.

CLASIFICACION DE LA TRIBOLOGIA

Los aspectos ms relevantes de la Tribologa que estn ntimamente relacionadas con la Vida Disponible (Vd) de las mquinas son:

Sistema Tribotcnico: es el conjunto de los procesos (corte, mecanizado, pulimiento, soldadura, etc) relacionados con las superficies de friccin de los mecanismos, y de su estudio tcnico-econmico desde el punto de vista de la friccin. Lubricacin y desgaste.

Sistema Tribolgico (ST): es el conjunto de mecanismos relacionados entre s, sometidos a un proceso de friccin que puede afectar positiva negativamente su vida disponible (Vd).

FRICCION Y FUERZA DE FRICCION

La Friccin est presente en nuestras vidas todos los das y en algunos casos es imprescindible para poder desarrollar determinadas acciones como caminar, andar frenar un vehculo, generar fuego, fabricar piezas en un torno en una fresadora, etc; pero es completamente improductiva en los elementos de una mquina, los cuales podran fallar catastrficamente si no se controla mediante la aplicacin de un lubricante, y aunque esto se hiciera, si el lubricante no es el adecuado, el mecanismo, dentro de un proceso ms lento presentar un desgaste anormal. La friccin en los componentes de mquinas, conlleva a la transformacin de energa til, aprovechable en trabajo productivo, en calor, con el subsecuente nmero de problemas que las altas temperaturas de operacin generan para los mecanismos lubricados, para el aceite y para el ambiente, ya que aporta calor causante del cambio climtico. Es muy importante el anlisis ingenieril de los fenmenos de friccin en las mquinas, para determinar si las causas que lo generan son mecnicas, operacionales de lubricacin, con el objetivo de controlarlas y reducirlas hasta llegar a eliminarlas algn da. En las relaciones diarias con otras personas, la friccin el roce entre diferentes temperamentos, como popularmente se le conoce, conlleva a disgustos, enemistades y a otro tipo de problemas, porque no es posible lograr muchas veces el acoplamiento de personalidades y por lo tanto se


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presenta el rechazo. La friccin entre los seres humanos es necesario evitarla, para vivir en un mundo cada vez mejor. La Friccin es la resistencia que presenta un cuerpo slido, lquido o gaseoso a interactuar con otro y que en los mecanismos de las mquinas, se manifiesta por la prdida de energa mecnica durante el inicio y desarrollo del movimiento relativo entre las dos zonas materiales en contacto. La energa que se pierde por friccin se transforma en calor, el cual no le aporta beneficio alguno a los cuerpos sometidos a friccin y por el contrario en la mayora de los casos cuando las rugosidades de los cuerpos interactan de manera continua, como es el caso de la lubricacin EHL, sus propiedades elsticas se pueden ver afectadas adquiriendo caractersticas plsticas, y dando lugar por lo tanto al desgaste prematuro de las mismas. La Friccin es opuesta al sentido del movimiento y refleja que tan eficiente energticamente es el mecanismo durante su funcionamiento. Fuerza de friccin La friccin genera una fuerza negativa denominada Fuerza de Friccin (Ff) que es necesario vencer cuando los mecanismos de una mquina inician y mantienen su movimiento, conllevando a un mayor consumo de energa til, la cual se transforma finalmente en calor. Se calcula de la siguiente ecuacin:

Ff = fxW, Ecuacin 1 Donde:

Ff: Fuerza de friccin, kgf (lbf)

f: coeficiente de friccin metal-metal, slido, mixto fluido, adimensional.

W: fuerza normal que acta sobre una de las superficies de friccin, kgf (lbf). Ver Figura 1.

Figura 1 Friccin en superficies horizontales e inclinadas

La fuerza W que presiona un cuerpo sobre una superficie horizontal es equivalente a su peso y se denomina fuerza normal N. Cuando el cuerpo reposa sobre una superficie horizontal dicho cuerpo presiona sobre la superficie con todo su peso W y cuando descansa sobre un plano inclinado la magnitud de la fuerza normal depende del ngulo de inclinacin () y es menor que el peso de dicho cuerpo (WCos). La fuerza normal N es de cero cuando el plano est en posicin vertical, puesto


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que el cuerpo y la superficie no se presionan entre s. La fuerza normal N sobre la superficie puede ser mayor que el peso si se ejerce una presin adicional sobre el cuerpo. Tipos de fuerzas de friccin Los siguientes tipos de fuerzas de friccin son los que se pueden presentar en los mecanismos lubricados de las mquinas. Fuerza de Friccin cintica metal-metal (Ffcmm) Tiene lugar cuando la rugosidad de una superficie metlica desliza directamente sobre la otra y el Sistema Tribolgico (ST) est constituido por dos cuerpos slidos, entre los cuales no hay un tercer elemento slido fluido que los separe. La fuerza de friccin cintica metal-metal (Ffcmm), tiene las siguientes caractersticas:

Puede ser de alta, mediana o baja intensidad, dependiendo de la naturaleza de las superficies de friccin (coeficiente de friccin) y de la potencia transmitida por el mecanismo.

Ocasiona en la mayora de los casos que las superficies de friccin de los componentes de la mquina se suelden y la falla sea catastrfica, debido a la gran cantidad de calor generado cuando las crestas altas y pequeas chocan, se deforman elsticamente y luego plsticamente hasta fracturarse. Ver Figura 2.

Ocurre de manera transitoria y con baja intensidad cuando los mecanismos lubricados de una mquina se ponen en operacin se detienen y la condicin inicial es de friccin slida y la final es de lubricacin Elastohidrodinmica (EHL) Hidrodinmica (HD).

Figura 2 Falla catastrfica por friccin metalmetal (Fmm) entre el cojinete liso y el mun del eje de un reductor de velocidad al interrumpirse el flujo de aceite.

Fuerza de Friccin cintica slida (Ffcs) Se presenta de manera transitoria siempre que los componentes de la mquina inician su movimiento paran y el lubricante utilizado tiene aditivos metlicos AW o EP y/o de untuosidad. Tambin como consecuencia del aumento de la fuerza de friccin cintica fluida o mixta, debido a condiciones mecnicas u operacionales anormales en el mecanismo lubricado. La Fuerza de friccin cintica slida (Ffcs) presenta las siguientes caractersticas:

Depende del tipo de aditivo antidesgaste (AW) o Extrema Presin (EP) que tenga el lubricante utilizado.

Es de regular o baja intensidad, y conlleva a un bajo nivel de desgaste adhesivo. Ver Figura 3.


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Fuerza de friccin cintica mixta (Ffcm) Se presenta de manera permanente cuando los mecanismos lubricados de una mquina trabajan bajo condiciones de lubricacin elastohidrodinmica (EHL) o de manera transitoria cuando se rompe la pelcula lubricante (ho) en condiciones de lubricacin hidrodinmica (HD). La fuerza de friccin cintica mixta (Ffcm) tiene las siguientes caractersticas:

Depende del tipo de aditivo extrema presin (EP), de la viscosidad y del ndice de viscosidad del aceite utilizado.

Es de baja, mediana o alta intensidad, conlleva a un nivel de desgaste adhesivo moderado, y se presenta en los componentes lubricados durante el funcionamiento de la mquina.

Se puede minimizar cuando se requiere un lubricante con un aditivo extrema presin de tipo EP1 y se utiliza un EP2 o un EP3 y se puede incrementar cuando se requiere un EP2 o un EP3 y se pasa a un EP1. Ver Figura 4.

Figura 3 Figura 4 Figura 3 Desgaste adhesivo incipiente como consecuencia de friccin slida (Fs) en el cojinete liso de un compresor centrfugo en el momento de la puesta en marcha y parada.

Figura 4 Desgaste adhesivo incipiente como consecuencia de friccin cintica mixta (Fcm) entre la capa de babbitt de un cojinete liso y el eje de un rodillo laminador.

Fuerza de friccin cintica fluida (Ffcf) Tiene lugar cuando las superficies de friccin se mueven la una con respecto a la otra completamente separadas por un tercer elemento que por lo regular es un fluido. La fuerza de friccin cintica fluida cintica (Ffcf) presenta las siguientes caractersticas:

Para un mismo espesor de pelcula lubricante (ho), depende de si el lubricante utilizado es mineral, sinttico vegetal.

En el caso de aceites minerales se define como la resistencia que presentan al corte las laminillas; en los aceites sintticos a la rodadura de las esferas de igual dimetro y en los aceites vegetales a las esferas de diferente dimetro, que constituyen la pelcula lubricante.


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Ver Figura 5.

Figura 5 Fuerza de friccin cintica fluida (Ffcf) con diferentes tipos de lubricantes

COEFICIENTE DE FRICCION (f)

El coeficiente de friccin (f) caracteriza la fuerza de friccin (Ff), y es el parmetro modificable para reducir las prdidas de energa por friccin y hacer ms productivo el desempeo mecnico de los mecanismos de las mquinas. El coeficiente de friccin (f) entre dos cuerpos que se mueven puede ser por deslizamiento (fd) por rodadura (fr) dependiendo de la forma geomtrica de las crestas de las rugosidades y del tipo de lubricante utilizado y su valor a su vez es funcin de la naturaleza del contacto que se presente entre los cuerpos sometidos a friccin, y puede ser:

- El coeficiente de friccin metal-metal, es el ms alto, conlleva a elevadas prdidas de energa

por friccin y alta generacin de calor y depende de la naturaleza de los materiales friccionantes en contacto y de la forma del mecanismo.

- El coeficiente de friccin slida, depende del tipo de material metlico (aditivo metlico) que se le haya aplicado a las superficies de friccin. Este elemento acta como material de desgaste, para controlar el desgaste adhesivo en los mecanismos lubricados.

- El coeficiente de friccin mixta, depende del tipo y cantidad de fluido y del material antidesgaste utilizado como lubricante para separar las dos superficies de friccin.

- El coeficiente de friccin fluida, depende del tipo de fluido utilizado como lubricante para separar las dos superficies.

En la Tabla 1 se especifican los valores tpicos de coeficientes de friccin por deslizamiento, para lubricantes minerales y por rodadura para lubricantes sintticos, en diferentes mecanismos y condiciones de Lubricacin.


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Tabla 1

Valores tpicos de coeficientes de friccin para aceites minerales y sintticos en diferentes mecanismos y condiciones de lubricacin

Coeficiente de friccin

Metal-metal fmm

Slido fs

Mixto fm

Fluido ff

Primera Generacin EP1

Segunda Generacin EP2

Tercera Generacin EP3

Mineral fsd

Sinttico fsr

Mineral fmd

Sinttico fmr

Mineral fmd

Sinttico fmr

Mineral fmd

Sinttico fmr

Mineral ffd

Sinttico ffr

Mecanismo

1. Rodamiento rgido de bolas

0,33 0,055 0,050 0,010 0,009 0,009 0,008 0,008 0,007 0,003 0,002

2. Rodamiento de bolas de contacto angular

0,37 0,065 0,060 0,012 0,011 0,011 0,010 0,009 0,008 0,004 0,003

3. Rodamiento de bolas a rtula

0,28 0,048 0,046 0,014 0,013 0,013 0,012 0,012 0,011 0,005 0,004

4. Rodamiento axial de bolas

0,30 0,048 0,046 0,013 0,012 0,012 0,011 0,011 0,010 0,004 0,003

5. Rodamiento de rodillos cilndricos

0,28 0,046 0,044 0,012 0,011 0,011 0,010 0,010 0,009 0,003 0,002

6. Rodamiento de rodillos cnicos o de contacto angular, esfricos y a rtula

0,34 0,044 0,042 0,013 0,012 0,012 0,011 0,011 0,010 0,004 0,003

7. Rodamiento de agujas

0,32 0,026 0,024 0,014 0,012 0,012 0,011 0,011 0,010 0,003 0,002

8. Cojinetes lisos

0,35 0,080 0,070 0,010 0,009 0,009 0,008 0,008 0,007 0,004 0,003

9. Engranajes cilndricos de dientes internos y externos, rectos y helicoidales

0,38 0,080 0,070 0,019 0,018 0,018 0,017 0,017 0,016 0,009 0,008

10. Engranajes cnicos helicoidales e hipoidales

0,40 0,090 0,080 0,020 0,019 0,019 0,018 0,018 0,017 0,010 0,009

11. Engranajes sinfn-corona

0,27 0,090 0,080 0,020 0,019 0,018 0,017 0,017 0,016 0,011 0,010

12. Cadenas de rodillos de una hilera

0,35 0,080 0,070 0,010 0,009 0,009 0,008 0,008 0,007 NA NA

13. Acoples de cadena, rejilla y piones

0,38 0,080 0,070 0,019 0,018 0,018 0,017 0,017 0,016 NA NA

14. Guas y cremalleras

0,40 0,090 0,080 0,020 0,010 0,010 0,009 0,008 0,007 NA NA

Notas: (1) Por lo regular los engranajes sinfn-corona trabajan bajo condiciones de lubricacin EHL. (2) En cojinetes lisos el coeficiente de friccin fluida se calcula ms exactamente por la ecuacin de Sommerfeld. (3) El coeficiente de friccin equivalente fe para aceite salpicado es de 0,002 y para aceite aplicado a presin es

de 0,001.Se puede considerar el mismo tanto para aceites minerales como sintticos. (4) El coeficiente de friccin es por deslizamiento (d) cuando se utilizan lubricantes minerales (derivados del

petrleo), y es por rodadura (r) cuando se utilizan lubricantes sintticos. (5) fsd y fsr son los coeficientes de friccin slida por deslizamiento y rodadura respectivamente. (6) fmd y fmr son los coeficientes de friccin mixta por deslizamiento y rodadura respectivamente. (7) ffd y ffr son los coeficientes de friccin fluida por deslizamiento y rodadura respectivamente.


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(8) En los acoples de piones, rejilla y cadena, la condicin de lubricacin es EHL y se toma como coeficiente de friccin mixta (fm) el mismo de los cojinetes lisos.

(9) NA porque nunca se presenta esta condicin de friccin en este tipo de mecanismos.

SISTEMA TRIBOLOGICO (ST)

Se identifica como Sistema Tribolgico (ST), la zona de friccin de un mecanismo en la cual acta la carga dinmica (Wd), se pierde energa y se genera calor. Una mquina tendr tantos Sistemas Tribolgicos (ST) como mecanismos tenga sometidos a friccin.

CALOR GENERADO POR LA FUERZA DE FRICCION (CFf)

El calor generado por la fuerza de friccin (CFf) en una mquina compleja constituida por diversos mecanismos como engranajes, rodamientos, cojinetes lisos, guas, cadenas, acoples, etc, depende del tipo de friccin que se presente entre las superficies de friccin y de la potencia transmitida en dichos mecanismos. En la Tabla 2 se especifican las frmulas para calcular el Calor generado por la fuerza de friccin (CFf) en rodamientos, cojinetes lisos, engranajes y reductores de velocidad.

Tabla 2 Clculo del Calor generado por la fuerza de friccin (CFf)

en diferentes componentes de mquinas

No Mecanismo Unidades de calor Kcal/hr

Unidades de energa Kw

Frmula Ecuacin Frmula Ecuacin

01 Rodamiento 4,42x10-3 fwddintn 2(a) 5,13x10-6 fwddintn 2 (b)

02 Cojinete liso 4,42x10-3 fwddejen 3(a) 5,13x10-6 fwddejen 3(b)

03 Engranajes 4,42x10-3 fwddpn 4(a) 5,13x10-6 fwddpn 4(c)

04 Caja de engranajes 860P(1-et) 5(a) P(1- et) 5(d)

Donde:

1) CFf: Calor generado por la fuerza de friccin (CFf), kcal/hr. 2) CFf: Energa prdida por la fuerza de friccin (CFf), kw. 3) Wd: Carga dinmica que acta sobre el mecanismo, kgf. 4) dint: Dimetro interior del rodamiento, cm. 5) deje: Dimetro del eje, cm. 6) dp: Dimetro de paso del engranaje sobre el cual acta la carga dinmica (mayor dimetro),

cm. 7) n: Velocidad del mecanismo sobre el que acta la carga, rpm. 8) f: Coeficiente de friccin, su valor depende del tipo de friccin en el mecanismo, adimensional. 9) P: Potencia en el eje de entrada de la caja de engranajes, kw. 10) et: Eficiencia total por friccin en todos los mecanismos de la caja de engranajes,

adimensional.

LUBRICACION

De acuerdo con las condiciones de operacin, cada mquina requiere una lubricacin en particular. En una mquina pueden existir mecanismos fsicamente iguales, pero que pueden estar sometidos a condiciones de operacin diferentes, requirindose por lo tanto, lubricantes que cumplan con cada caso


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especfico. Los lubricantes seleccionados deben contar con las caractersticas fsico-qumicas ASTM necesarias para su correcto funcionamiento. Factores que afectan la lubricacin

- De operacin: velocidad, carga, temperatura de operacin. - De diseo: proyecto, clculo y fabricacin de la mquina, materiales utilizados en la construccin

del mecanismo, acabado de las superficies de friccin, y diseo del sistema de aplicacin del lubricante.

Pelcula lubricante (ho) Cuando las dos superficies de friccin de un mecanismo aparentemente lisas, se analizan al microscopio se pueden apreciar una serie de asperezas e irregularidades, que son las que ocasionan la friccin metal-metal y el desgaste adhesivo. La pelcula lubricante (ho) est constituida por tres elementos: capa lmite metlica 1, capa lmite de untuosidad 2, y la capa fluida. - Capa lmite metlica 1: est constituida por el aditivo metlico AW (lubricacin HD) o EP

(lubricacin EHL) del lubricante, al reaccionar con las superficies de friccin metlicas del mecanismo. Es de muy poco grosor y prcticamente solo recubre el perfil de la rugosidad, de manera similar a cuando se le aplica una fina capa de pintura a una superficie metlica.

- - Capa lmite de untuosidad 2: est constituida por los cidos grasos de la base lubricante o

por los aditivos de untuosidad que contenga; se superponen de manera polar sobre la capa lmite metlica 1, adhirindose fuertemente, y el radical libre se yergue de manera linear en sentido contrario a la direccin del movimiento.

- Capa fluida 3: se puede considerar como la unin de muchas lminas (lubricante mineral), esferas del mismo dimetro (lubricante sinttico) o esferas de diferentes dimetros (lubricante vegetal), en movimiento relativo las unas respecto a las otras. Una de estas capas o esferas se adhiere fuertemente la capa lmite de untuosidad 2 esttica, en cada una de las superficies de friccin, y las dems deslizan o ruedan entre s, segn el tipo de lubricante, dando origen a la friccin mixta permanente y a la pelcula mixta, en el caso de la lubricacin EHL, o a la friccin fluida y a la pelcula fluida cuando la lubricacin es HD, las cuales se hacen de mayor espesor conforme aumentan la velocidad y la viscosidad del aceite, y por el contrario se hacen ms delgadas en la medida que estos parmetros disminuyen. Ver Figura 6.

Figura 6 Elementos que constituyen la

pelcula lubricante, ho


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Caractersticas de la pelcula lubricante (ho)

La eficiencia de la pelcula lubricante (ho) depende de los aditivos metlicos AW o EP, adhesividad o aditivos de untuosidad, y viscosidad del lubricante. Es tan perjudicial una pelcula delgada como una gruesa porque en el primer caso, an cuando no conlleve a una condicin de contacto metal - metal, que propicie el desgaste adhesivo, genera un menor efecto amortiguador sobre la carga dinmica que acta entre las superficies de friccin, incrementando el desgaste por fatiga superficial; y en el segundo caso, se presenta ms generacin de calor por un exceso de friccin fluida entre las laminillas (aceite mineral) o esferas (aceite sinttico o vegetal), que constituyen la pelcula lubricante; esto igualmente puede conducir a problemas de desgaste por fatiga superficial o a desgaste adhesivo, debido a la prdida de viscosidad como consecuencia de las mayores temperaturas de operacin. El espesor de la pelcula lubricante ho depende de la rugosidad superficial; en superficies con un buen acabado (N6 o menor), una pelcula lubricante fina es suficiente, mientras que en superficies mal acabadas se necesita una pelcula gruesa. Esto particularmente es mucho ms importante cuando se tienen condiciones de lubricacin EHL, debido a que un acabado superficial fino, junto con un aceite de alto grado ISO (320, 460 o 680), minimizan la condicin de friccin mixta y la acercan ms a una friccin fluida, a pesar de las condiciones de alto torque y bajas velocidades que se puedan estar presentando.

Regmenes de lubricacin

La pelcula lubricante (ho) que se forma entre dos superficies metlicas define el tipo de lubricacin bajo el cual va a trabajar un mecanismo; las que se presentan en cualquier tipo de mecanismo lubricado son: - Lubricacin lmite. - Lubricacin elastohidrodinmica (EHL). - Lubricacin hidrodinmica. La lubricacin hidrosttica o hidrodinmica artificial, es un modo de lubricacin ms que un rgimen de lubricacin, por lo tanto se va a tener en cuenta en la descripcin de los diferentes tipos de lubricacin, teniendo en cuenta esta observacin.

- Lubricacin lmite

Una de las condiciones ms crticas en la operacin de un mecanismo es en el momento en que se pone en marcha, ya sea por primera vez (an ms crtica, ya que la condicin de friccin es prcticamente metal-metal) despus de que ha permanecido fuera de servicio durante un perodo de tiempo determinado (friccin slida y friccin metal-metal). Cuando la velocidad nominal de operacin de un mecanismo (engranajes, rodamientos, cojinetes lisos, cadenas, etc), disminuye, las rugosidades de las dos superficies metlicas se acercan y un gran nmero de las crestas que las constituyen interactan hasta que finalmente, cuando la velocidad es igual a cero, un buen nmero de ellas se superponen y otras se entrelazan de manera semejante a como quedan los dientes de dos serruchos cuando se entrelazan entre si. Es fcil imaginar lo que sucedera si en la realidad se tomasen dos serruchos y se colocaran de tal forma que todos sus dientes quedaran entrelazados y luego se le aplicara a uno de ellos una fuerza lo suficientemente alta como para ponerlo en movimiento. Como es obvio lo ms probable es que un buen nmero de dichos dientes se fracturaran quedando inservibles los dos serruchos. Pues bien, en los mecanismos de las mquinas puede suceder lo mismo, cuando se lubrican de una manera inadecuada, se utiliza un lubricante incorrecto ste se sigue utilizando, cuando ya se


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ha oxidado. En el momento de la puesta en marcha de un mecanismo un buen nmero de las crestas de las rugosidades de las dos superficies se encuentran en contacto entrelazadas y su separacin depender de la untuosidad (lubricidad) de los aditivos antidesgaste (AW) Extrema Presin (EP) del lubricante que se est utilizando, de acuerdo con la condicin de lubricacin final del mecanismo; esta propiedad del lubricante se conoce como pelcula slida lmite la cual aisla las rugosidades de las dos superficies metlicas, permitiendo que en el momento de la puesta en marcha del mecanismo dichas rugosidades no se suelden sino que se deslicen la una con respecto a la otra y se deformen elsticamente debido a las propiedades elsticas del material.

- Lubricacin Elastohidrodinmica o EHL En la industria hay un buen nmero de mecanismos como engranajes de hornos cementeros, cojinetes lisos de rodillos laminadores, rodamientos de cilindros secadores en textileras y papeleras, mecanismos de palas elctricas y mecnicas, transmisiones de camiones carboneros, etc, en los cuales las cargas dinmicas transmitidas son tan altas y las velocidades tan bajas que el suministro de aceite por la accin de bombeo de los mismos mecanismos hacia las zonas sometidas a friccin es mnimo haciendo que las rugosidades de las dos superficies en operacin nunca se separen, dando lugar a que permanentemente interacten, requirindose por lo tanto la utilizacin de aceites de alta viscosidad, con aditivos metlicos que tengan la capacidad suficiente de formar una pelcula slida lmite de una resistencia al desgaste adhesivo mayor que la pelcula lmite que se forma en los mecanismos cuyas superficies interactan solamente en el momento del arranque y que luego se separan, por la accin hidrodinmica del lubricante utilizado y de las condiciones de carga dinmica y velocidad bajo las cuales trabaja. La pelcula lubricante que se forma es una combinacin de pelcula lmite y pelcula fluida denominada pelcula mixta y el tipo de lubricacin se conoce como Elastohidrodinmica EHL y los aditivos metlicos utilizados se identifican con el nombre de Extrema Presin (EP), cuya caracterstica ms importante es que tienen la capacidad suficiente de soportar altas cargas de compresin y esfuerzos cortantes sin que se rompa la pelcula lmite, pero sta obviamente se va desgastando y es necesario restaurarla de nuevo, lo cual se logra mediante la reactividad del aditivo metlico EP a altas temperaturas, hacia las superficies metlicas del mecanismo. Los aditivos Extrema Presin pueden ser de primera generacin (EP1), segunda generacin (EP2) o de tercera generacin (EP3), dependiendo de la intensidad de la carga dinmica Wd que acta sobre el mecanismo. EP es un aditivo genrico pero es necesario tener en cuenta cul se requiere para una aplicacin en particular, por lo que el fabricante de la mquina especifica las necesidades de soporte de carga que debe tener el lubricante de acuerdo con la prueba de 4 bolas ASTM D2783.

- Lubricacin Hidrodinmica o HD

Se presenta cuando el mecanismo parte de una condicin de velocidad cero, en la cual las crestas de las rugosidades de las dos superficies metlicas interactan y luego cuando alcanza la velocidad nominal de operacin se separan completamente. Al iniciarse el movimiento, las crestas se tocan, se deforman elsticamente de manera similar a como lo hacen cuando la lubricacin es EHL, pero estn protegidas por una fina pelcula metlica del aditivo antidesgaste AW y por los aditivos de untuosidad del lubricante, que reaccionan con las superficies metlicas durante el proceso de parada anterior del mecanismo. En este caso se tienen condiciones de friccin slida (fsd, fsr) y de pelcula lmite; se presenta desgaste adhesivo incipiente al desgastarse la pelcula metlica del aditivo antidesgaste AW y quedar expuesto el metal de las dos superficies del mecanismo, a friccin metal-metal; en este momentos se requiere que el lubricante ya est fluyendo por la zona de friccin, para que el aditivo AW


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reaccione con el metal debido a las altas temperaturas de operacin en la zona de friccin, reducindose la friccin metal-metal y quedando de nuevo bajo condiciones de friccin slida (fsd, fsr). En este momento se presenta la mayor cantidad de desgaste en los mecanismos lubricados bajo condiciones de lubricacin HD. Formacin de la cua de aceite en lubricacin hidrodinmica (HD) En la lubricacin hidrodinmica se utiliza el trmino cua de aceite para identificar el efecto hidrodinmico del aceite en el cual las dos superficies de friccin quedan completamente separadas por la pelcula de aceite. La cua de aceite se puede asemejar a una palanca en la cual a medida que la velocidad del mecanismo lubricado es ms alta, la longitud de la cua de aceite aumenta, separando ms fcilmente una superficie con respecto a la otra. Cuando la velocidad es baja, la cua de aceite es muy pequea, generando una presin hidrulica insuficiente, que no logra separar las dos superficies en operacin y por lo tanto es necesario utilizar aceites de alta viscosidad y con aditivos de EP. Ver Figura 7.

Figura 7 Formacin de la cua de aceite (a) No hay, (b) incipiente, (c) moderada, (d) de gran longitud logrando separar las dos superficies de friccin.

Tiempo de paro de un mecanismo en lubricacin EHL y HD El tiempo de paro de un mecanismo es influyente en el nivel de desgaste adhesivo que se presente durante la prxima vez que se ponga en operacin el mecanismo ya que el lubricante (grasa o aceite) que forma la pelcula lubricante, ho, al no tener una accin hidrulica sobre ella porque no hay movimiento, fluye hacia la parte exterior del mecanismo a travs de las ranuras o conductos formados por los valles de las crestas. Entre ms tiempo dure parado el mecanismo, menos lubricante habr entre las superficies de friccin, el aditivo metlico, ya sea de tipo AW o EP, reacciona con el oxgeno del aire, y la humedad, formando costras, herrumbre y compuestos cidos, que dan lugar a que finalmente las crestas de las dos superficies se suelden, por contacto metal-metal, se agarroten y cuando el mecanismo al cabo del tiempo se ponga en operacin, se fracturen, disminuyendo drsticamente la Vida Disponible, Vd, del mecanismo. Para evitar esto es necesario que el tiempo de paro del mecanismo sea el menor posible, de no ser factible esto, se debe sobre-lubricar el mecanismo y de manera manual moverlo, para cambiar de posicin la zona de friccin. Si


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la mquina cuyos mecanismos se lubrican, tiene otra mquina de respaldo o stand by, se deben alternar las dos dentro de frecuencias de tiempo diferentes, esto es la mquina A puede trabajar como principal y operar un mes, y la mquina B como auxiliar y operar 15 dias y as sucesivamente, de esta manera se mantiene la pelcula lmite, ho, en ptimas condiciones. El tamao de la crestas de las rugosidades de las dos superficies de friccin tiene una incidencia directa en el nivel de desgaste adhesivo que se puede presentar, as por ejemplo, si el acabado superficial es un ISO N12 (50 micras), el desgaste adhesivo ser mucho mayor que si fuese un ISO N1 (0,025 micras). - Lubricacin hidrosttica

Este tipo de lubricacin se puede considerar como una lubricacin hidrodinmica artificial a baja velocidad, y el aceite utilizado debe tener aditivos metlicos antidesgaste AW o de Extrema Presin EP, segn el caso, para evitar que las crestas de las rugosidades de las dos superficies se suelden cuando el mecanismo est en reposo. La lubricacin hidrosttica consiste en bombear aceite entre dos superficies estacionarias (normalmente un eje y un cojinete liso) altamente cargadas con el fin de separarlas evitando as que se presente el desgaste adhesivo en el momento en que una de ellas ( las dos) se ponga en movimiento. El aceite utilizado, su grado ISO y los aditivos metlicos que debe tener dependen del tipo de mquina. El aceite es bombeado por una bomba de alta presin desde la condicin de velocidad cero del mecanismo hasta la velocidad nominal de operacin o hasta un valor cercano a sta, dependiendo de si el eje a un determinado valor de velocidad, puede garantizar condiciones de lubricacin HD, si es factible, la bomba deja de funcionar y si no, bombea aceite permanentemente durante todo el tiempo que la mquina opere. Estos sistemas de lubricacin hidrosttica utilizan dos bombas, una de las cuales trabaja como bomba principal y la otra como auxiliar.

Resumen de los diferentes regmenes de lubricacin En la Tabla 3 se especifican los tipos y las caractersticas de los diferentes regmenes de lubricacin que se pueden presentar en los mecanismos lubricados de las mquinas.

Tabla 3

Tipos y caractersticas de los diferentes Regmenes de lubricacin

No Lubricacin Pelcula lubricante

ho

Friccin f

Torque Nm

Velocidad n

Temperatura de operacin

Top

Consumo de energa

CEf

Desgaste

01 Lmite Lmite Slida, metal-metal moderada

Alto o bajo Baja o alta

Alta o baja Alto o bajo Adhesivo, Erosivo, Abrasivo

02 Elastohidrodinmica-EHL

Mixta definitiva

Mixta definitiva, Metal

metal baja

Alto Baja 60 y 75C Alto Adhesivo, Fatiga

superficial, Erosivo, Abrasivo

03 Hidrodinmica - HD

Fluida Fluida Bajo Alta Menor o igual a 50C

Bajo Fatiga superficial.

Erosivo, Abrasivo


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LUBRICANTES

En una mquina pueden existir mecanismos fsicamente iguales, pero que pueden estar sometidos a condiciones de operacin diferentes, requirindose por lo tanto, lubricantes que cumplan con cada caso especfico. Los lubricantes seleccionados deben contar con las caractersticas fsico-qumicas ASTM necesarias para su correcto funcionamiento. Clases de lubricantes Las clases de lubricantes ms importantes son: - Gases: el ms utilizado es el aire, que se emplea a presin y forma un colchn entre los

elementos en movimiento. Su principal aplicacin es en pequeos cojinetes lisos, que giran a velocidades hasta de 100.000 rpm, en donde un lubricante convencional no servira. Su capacidad de soporte de carga es muy baja, del orden de 0,70 kgf/cm2 (10 psi). Las prdidas por friccin de los gases son slo una fraccin de las correspondientes a los lubricantes lquidos de cualquier clase.

- Lquidos: se puede considerar cualquier tipo de lquido, como el agua, el aceite vegetal, animal y mineral, etc. Los ms utilizados en la actualidad son los derivados del petrleo, constituidos por una base lubricante y un paquete de aditivos.

- Semislidos: son sustancias que poseen consistencia, permiten que la pelcula lubricante permanezca durante ms tiempo sobre la superficie lubricada, como por ejemplo la grasa, que es un aceite mezclado con un espesador metlico (jabn de calcio, sodio, litio, etc.).

- Slidos: dan origen a pelculas lubricantes que se adhieren fuertemente a las superficies metlicas, tales como el grafito, bisulfuro de molibdeno, de flor, silicona, boro, etc. y dan lugar a coeficientes de friccin muy bajos.

Funciones del lubricante - Formar la pelcula lubricante, ho, variando lo menos posible su viscosidad con la temperatura de

operacin, Top. - Disminuir al mximo la friccin slida, mixta o fluida. - Evacuar la mxima cantidad posible del calor generado por friccin. Tener un alto Calor

Especifico, Cp . - Evacuar impurezas de tipo orgnico o metlico. - Amortiguar el efecto de la carga dinmica, Wd, sobre las superficies de friccin, reduciendo el

desgaste adhesivo y por fatiga superficial. En el caso de los fluidos hidrulicos debe tener otras caractersticas especiales como las de sellar y transmitir potencia y en el de los aceites automotrices debe contar con buenas propiedades detergentes dispersantes. RUGOSIDAD

En la prctica una superficie completamente lisa no es factible obtenerla mediante los mtodos convencionales de cepillado, pulido, maquinado, etc, por lo que microscpicamente presentan una forma rugosa muy irregular constituida por valles y crestas. Las rugosidades de las superficies metlicas sometidas a friccin pueden tener la misma altura entre las crestas pero diferentes longitudes de onda; en superficies de mecanismos que han estado trabajando la altura de las crestas

puede variar entre 0,05 m y 50 m y la longitud de onda entre 0,5 m y 5 m. La rugosidad de las

superficies metlicas se identifica mediante el smbolo griego (sigma) y el promedio geomtrico de


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las rugosidades de las dos superficies que se mueven la una con respecto a la otra se denomina p (sigma promedio). Grados ISO 468-1982 de rugosidad La rugosidad de las superficies de friccin de los mecanismos lubricados de las mquinas se especifica de acuerdo con los estndares ISO 468-1982, Ver Tabla 4.

Tabla 4 Estndares ISO 468-1982 para

acabados superficiales

Grado ISO estndar de la

rugosidad

Rugosidad promedio superficial de cada

superficie de friccin

Grado ISO estndar de la

rugosidad

Rugosidad promedio superficial de cada

superficie de friccin

m pulg m pulg

N1 0,025 1 N7 1,60 63

N2 0,050 2 N8 3,20 125

N3 0,10 4 N9 6,30 250

N4 0,20 8 N10 12,50 500

N5 0,40 16 N11 25 1000

N6 0,80 32 N12 50 2000

DESGASTE

El desgaste de los mecanismos de las mquinas es inherente a cada uno de ellos, y se va presentando gradualmente a lo largo del tiempo, hasta que finalmente llega a un punto en el cual puede llegar a ser crtico haciendo que los mecanismos de las mquinas pierdan sus tolerancias y funcionen de una manera errtica que fallen catastrficamente quedando inservibles y causando consecuentemente costosos daos y elevadas prdidas en el sistema productivo de la empresa. El desgaste limita la Vida Disponible, Vd, y es imposible evitarlo ya que aun cuando se controlen las causas que lo originan, no ser factible evitar la fatiga del material ya que sta es una condicin intrnseca de dicho material y conducir a que finalmente el mecanismo se tenga que reemplazar. Los mayores ndices de productividad de las mquinas se logran cuando los mecanismos que las constituyen se cambian por desgaste normal y no porque alguno de los diferentes tipos de desgaste que se pueden presentar durante su explotacin lleg a una condicin crtica. Se debe tener en cuenta que hoy en da el desgaste se puede controlar, ms no es factible eliminarlo, con los materiales, diseo, lubricantes y tecnologa actuales.

TIPOS DE DESGASTE

Desgaste Adhesivo El desgaste adhesivo se presenta como consecuencia del contacto metal-metal entre las superficies de friccin del mecanismo lubricado debido a la friccin metal-metal, fmm, cuando se pone en operacin o para; en este caso el desgaste adhesivo, es mnimo, siempre y cuando la pelcula limite compuesta por los aditivos de untuosidad, antidesgaste (AW) o Extrema Presin (EP), se encuentre en ptimas condiciones, de lo contrario ser crtico si sta es escasa como resultado de la falta del


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agotamiento de dichos aditivos, o porque se est utilizando un aceite de una viscosidad menor que la requerida el aceite est trabajando con un nivel de oxidacin por encima del valor mximo permisible. Este tipo de desgaste en la mayora de los mecanismos lubricados no se puede eliminar en su totalidad, pero si se puede reducir considerablemente mediante la utilizacin de lubricantes que adems de cumplir con los requerimientos exigidos por los fabricantes de las mquinas, tengan ptimas propiedades de pelcula lmite. Cuando la lubricacin es hidrodinmica el lubricante debe contar con aditivos antidesgaste que trabajen en el proceso de arrancada y parada de la mquina y en lubricacin EHL con aditivos EP que pueden ser cidos grasos, fsforo, azufre, cloro, bisulfuro de molibdeno, grafito, etc, dependiendo de la capacidad de carga que deba tener el aditivo de EP. La nica manera de minimizar al mximo el desgaste adhesivo, en el momento de la puesta en marcha y detencin de los mecanismos de un equipo rotativo, es cuando se utiliza la lubricacin hidrosttica, pero en la prctica sera imposible y antieconmico colocrselo a todas las mquinas. Si se eliminara el desgaste adhesivo en el momento de la puesta en marcha de la mquina, la vida esperada (Ve) de los mecanismos que lo constituyen podra llegar a ser superior a la vida disponible (Vd), especificada por el fabricante. Ver Figura 8.

Figura 8 Desgaste adhesivo (a) incipiente (b) normal

Desgaste por Fatiga Superficial El desgaste por fatiga superficial ocurre al final del ciclo de la Vida Disponible, Vd, del mecanismo y se presenta como resultado de los esfuerzos cclicos que genera la carga dinmica Wd sobre la zona de friccin, donde a pesar de que la pelcula lubricante ho acta como un amortiguador, no obstante, parte de la energa de dichos esfuerzos se propaga hasta la otra superficie, donde por debajo de la superficie de friccin se empiezan a formar unas pequeas fisuras, que cada vez son ms y de mayor longitud, que se unen entre s, y se direccionan hasta la superficie de friccin, donde aparecen inicialmente en forma de sombras oscuras, que luego dan lugar a lo que se conoce como el ojo de fatiga grieta incipiente que origina un incremento localizado del esfuerzo debido a la carga dinmica, que cada vez se hace ms crtico por la falta de rea hasta que finalmente la velocidad de propagacin es tan alta que ocasiona el descascarillado o descostrado de la superficie de friccin y por consiguiente la falla, por lo regular catastrfica, del mecanismo lubricado. - En la lubricacin hidrodinmica (HD), los esfuerzos cclicos, hacen que las crestas de las

rugosidades traten de aplastarse sin tocarse porque estn separadas por la pelcula lubricante, ho, dando lugar a un ciclo de compresin y de tensin que termina deformando plsticamente las rugosidades al terminar su Vida Disponible Vd.

- En la lubricacin elastohidrodinmica (EHL), la fatiga de las rugosidades es ms crtica, debido a que la pelcula lubricante, ho, es de menor espesor, por lo que los esfuerzos debidos a la carga dinmica Wd, se transmiten con mayor intensidad, dando lugar a altas temperaturas de


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operacin, y entre mayor sea sta, el desgaste por fatiga superficial es ms acelerado debido a la modificacin que sufre la curva esfuerzo-deformacin del material que hace que el punto de fluencia se corra hacia la izquierda y que por lo tanto para la misma condicin de carga dinmica, Wd, el mecanismo quede trabajando en la zona plstica y no en la zona elstica del material. Ver Figura 9.

Figura 9 Inicio y propagacin del desgaste por fatiga superficial.

Desgaste Erosivo El desgaste erosivo es la prdida lenta de material de las rugosidades de las dos superficies que se encuentran en movimiento relativo como resultado del impacto o del roce de partculas slidas metlicas en suspensin en un aceite que fluye a alta presin, de un tamao mucho menor que el espesor de la pelcula lubricante, ho, y de una dureza igual mayor que la del material que constituye los mecanismos lubricados. Las partculas erosivas presentes en el aceite, antes de que ste entre en la zona de friccin, pueden estar alienadas, pero una vez que se encuentran en sta, debido a las altas temperaturas de operacin que se presentan, la viscosidad del aceite disminuye, y el tipo de flujo puede cambiar de laminar a turbulento, haciendo que la capa lmite se mueva con respecto a las rugosidades y por ende al tener el aceite partculas erosivas, stas chocan y ruedan sobre las rugosidades, causando el desgaste erosivo, dndole a las superficies de friccin un aspecto brillante. El desgaste erosivo puede conducir a problemas crticos de desgaste adhesivo, tanto en lubricacin hidrodinmica como en EHL, ya que las partculas erosivas, desgastan o barren la pelcula lmite conformada por los aditivos de untuosidad o metlicos de tipo AW o EP, que se encuentran adheridos a las rugosidades de las superficies metlicas, haciendo que dichas superficies queden expuestas a friccin metal-metal, en el momento en que el mecanismo se detenga. Ver Figura 10.


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Figura 11

Las partculas erosivas barren la pelcula lmite debido a la turbulencia que se presenta en la pelcula lubricante en la zona de friccin

Norma ISO 4406-99 La norma ISO 4406-99 especifica con base en tres nmeros el nivel de limpieza del aceite industrial, que corresponden a los cdigos estandarizados en la Tabla 5 y que indican, el primero, el nmero

de partculas mayores iguales a 4 m; el segundo a 6 m y el ltimo a 14 m, presentes en 100 cm3 (ml) de una muestra del aceite evaluado. Por ejemplo un cdigo ISO 20/17/13 indica que hay

presentes en el aceite entre 500.000 y 1000.000 de partculas mayores iguales a 4 m; entre

64.000 y 130.000 a 6 m y entre 4.000 y 8.000 a 14 m.

Tabla 5 Norma internacional de limpieza

segn ISO 4406-99

Cdigo ISO

Nmero de partculas por cada 100 cc Cdigo

ISO

Nmero de partculas por cada 100 cc

Ms de Hasta e

incluyendo Ms de Hasta e

incluyendo

24 8000.000 16000.000 12 2.000 4.000

23 4000.000 8000.000 11 1.000 2.000

22 2000.000 4000.000 10 500 1.000

21 1000.000 2000.000 9 250 500

20 500.000 1000.000 8 130 250

19 250.000 500.000 7 64 130

18 130.000 250.000 6 32 64

17 64.000 130.000 5 16 32

16 32.000 64.000 4 8 16

15 16.000 32.000 3 4 8

14 8.000 16.000 2 2 4

13 4.000 8.000 1 1 2

Nivel de limpieza de acuerdo al tipo de mecanismo En la Tabla 6 se especifica el nivel de limpieza que debe tener el aceite de acuerdo al mecanismo

lubricado y a la condicin de lubricacin. Si las partculas de 4 y 6 m presentes en el aceite, estn un cdigo por fuera del rango establecido para ese mecanismo, es un indicativo de que se est presentando desgaste erosivo lento y de dos cdigos en adelante, el desgaste erosivo es acelerado, y se deben analizar las causas que lo estn generando, y tomar las medidas correctivas necesarias


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(como la filtracin del aceite) ya que de lo contrario a mediano o a largo plazo puede llegar a causar

la falla catastrfica del componente. Si las de 14 m en adelante estn por fuera del cdigo ISO, se presentar degaste abrasivo en los mecanismos lubricados.

Tabla 6 Cdigo ISO 4406-99 de limpieza de acuerdo con

el tipo de componente mecnico

No Componente Mecanismo Nivel de limpieza ISO 4406-99

1. Sistemas Hidrulicos Hasta 3000 psi

Ms de 3000 psi

01 Bombas Engranajes, paletas 20/18/16 19/17/15

Pistones 19/17/15 18/16/14

02 Vlvulas Control de presin y flujo 19/17/14 18/16/13

Solenoide 20/18/15 19/17/14

De cartucho 18/16/13 17/15/12

Servo-vlvula 16/14/11 15/13/10

CMX, HRC 18/16/13 17/15/12

03 Actuadores Cilindros 20/18/15 19/17/14

Motores de paletas 20/18/15 18/16/13

Motores de pistones axiales, radiales 19/17/14 17/15/12

Motores de engranajes 21/19/17 19/17/14

Motores de levas ondulantes 18/16/14 16/14/12

2. Componentes de mquinas Condicin de lubricacin del mecanismo

HD EHL

01 Reductor de velocidad Engranajes y rodamientos 19/18/16 18/17/15

02 Rodamiento De bolas, contacto angular, rtula 18/17/16 17/16/14

De rodillos, contacto angular, rtula 19/18/17 18/17/16

03 Cojinete liso Radial 19/18/17 18/17/16

Empuje 18/17/16 17/16/15

04 Compresor alternativo Cigeal simple y doble efecto 19/18/17

Cilindro doble efecto 18/17/16

05 Compresor de tornillo CCS Engranajes y rodamientos 18/17/16

06 Compresor de tornillo CCH Tornillos y rodamientos 17/16/14

07 Compresor centrfugo Rodamientos o cojinetes lisos 18/17/16

08 Compresor axial Rodamientos o cojinetes lisos 18/17/16

09 Compresor de paletas Rodamientos 18/17/16

Paletas 17/16/14

10 Turbina hidrulica Cojinetes gua y de empuje 18/17/16

11 Turbina de vapor, gas Cojinetes lisos radiales y de empuje 18/17/16

12 Bomba de pistn Cigeal 19/18/17

Cilindro 18/17/16

13 Bomba centrfuga Rodamientos 18/17/16

14 Transmisin Automotriz Engranajes y rodamientos 19/18/16 18/17/15

15 Transmisin automtica Mecanismos 17/16/14

Notas:

1) CCS: Cmara de Compresin Seca. 2) CCH: Cmara de Compresin Hmeda.


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Desgaste Abrasivo El desgaste abrasivo es consecuencia de la presencia de partculas slidas metlicas de un tamao igual mayor que el espesor mnimo de la pelcula lubricante (ho) y de la misma dureza superior a la de las superficies metlicas del mecanismo lubricado; el desgaste abrasivo es mayor en la superficie ms blanda. Las partculas slidas como el silicio dan lugar a un considerable desgaste abrasivo debido a la elevada dureza de este material. Cuando las partculas del mismo tamao que el mnimo espesor de la pelcula lubricante se encuentran entre las dos superficies ruedan removiendo la pelcula lmite y desprendiendo material de ambas superficies. Cuando son de mayor tamao se fracturan dando lugar a partculas del mismo tamao que el espesor de la pelcula lubricante ho, las cuales propician el desgaste abrasivo y de un tamao menor que dan lugar al desgaste erosivo de dichas superficies metlicas. Tambin es factible que se incrusten las partculas de mayor dureza en una de las superficies metlicas y acten como una herramienta de corte, removiendo material de la otra. El desgaste abrasivo en un mecanismo siempre est presente y es normal cuando la cantidad de partculas slidas en el aceite, mayores o iguales a 6 m y a 14 m estn dentro del cdigo de limpieza recomendado por la norma ISO 4406-99 de acuerdo con el tipo de mecanismo lubricado. Adicionalmente las partculas abrasivas al quedar atrapadas entre las dos superficies de friccin, por compresin, pueden generar fisuras que aceleran el desgaste por fatiga superficial, dando lugar al desprendimiento de material, el cual a su vez incrementa el desgaste erosivo y abrasivo. Ver Figura 11.

Figura 11 Fatiga superficial generada por material abrasivo del mismo tamao que el espesor de la pelcula lubricante ho Desgaste Corrosivo

El desgaste corrosivo es consecuencia del ataque qumico hacia las superficies metlicas por parte de los cidos fuertes que se forman durante el proceso de degradacin normal del aceite de la contaminacin de ste con agua con cidos del proceso o del ambiente, como resultado de la falta de propiedades antioxidantes, antiherrumbre y anticorrosivas en el aceite usado. El desgaste corrosivo se manifiesta inicialmente por un color amarillento y luego rojizo de las superficies metlicas, seguido del desprendimiento de partculas micromtricas de diferentes tamaos, que cada vez aumentan su concentracin hasta que finalmente causan el desgaste por erosin y abrasin de


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las superficies metlicas sometidas a friccin; por otro lado los pequeos crteres que dejan las partculas metlicas que se desprenden al unirse forman grietas que pueden producir finalmente la rotura de la pieza. Ver Figura 12.

Figura 12 El desgaste corrosivo se inicia con la formacin de lacas de color naranja en la superficie de friccin.


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Captulo 3

VISCOSIDAD Y CONSISTENCIA

VISCOSIDAD

La viscosidad de un fluido tan complejo como un aceite lubricante, puede verse afectada, de una parte, por su composicin y estructura molecular, de acuerdo al tipo de base lubricante y al paquete de aditivos que contenga, y por otra, por las condiciones externas, tales como la temperatura y la presin que pueden influir sobre las fuerzas moleculares. La temperatura es el factor que ms afecta la viscosidad, as, cuando la temperatura aumenta, la viscosidad disminuye y el aceite presenta un mejor estado de fluidez. Por el contrario, si la temperatura disminuye, la viscosidad aumenta y el aceite fluye menos rpido. Unidades de la viscosidad La viscosidad de un aceite se puede dar en alguna de las siguientes unidades, a una temperatura de referencia especfica: Centistoke (cSt), Segundos Saybolt Universal (SSU), Segundos Saybolt Furol (SSF) para aceites de mayor viscosidad, Segundos Redwood No1 (SRNo1), Universal, Segundos Redwood No2 (SRNo2), Admiralty y Grados Engler (E).

En la seleccin de la viscosidad de aceite para una aplicacin especifica es necesario tener muy en cuenta las recomendaciones del fabricante de la mquina y saberlas interpretar correctamente, ya que de lo contrario puede conducir a la utilizacin de aceites de una viscosidad incorrecta, que a la temperatura de operacin dan lugar a una pelcula lubricante, ho, inadecuada, que si es mayor que la requerida genera un consumo de energa por friccin ms alto que el normal dando lugar a elevadas temperaturas de operacin y a desgaste erosivo anormal; y por el contrario, si es menor, se presentar desgaste adhesivo anormal, que puede inclusive generar una falla catastrfica de los mecanismos lubricados. En una oportunidad, el fabricante de un turbo-expansor recomendaba para los rodamientos del eje principal, que giraban a una velocidad de 3600 rpm un aceite de 150 SSU/100F; por equivocacin o por falta de conocimientos en el tema de lubricacin, el supervisor de la planta, le aplic a estos rodamientos un aceite de grado ISO 150, con la creencia que era lo mismo que lo que estaba recomendando el fabricante de la mquina, debido a que los dos aceites tenan el mismo nmero 150, pero en este caso, un aceite de un grado ISO 150 es equivalente a 150 cSt/40C y un aceite de 150 SSU/100F es equivalente a un aceite de 32 cSt/40C o sea, a un aceite de grado ISO 32. Como era de esperarse, los rodamientos incrementaron su temperatura de operacin hasta valores superiores a los 180C, dando lugar a la falla catastrfica de los rodamientos, por contacto metal-metal y desgaste adhesivo al romperse la pelcula lubricante ho.

GRAFICO VISCOSIDAD - TEMPERATURA ASTM D341

Las curvas VT de los aceites industriales ISO y de los aceites automotrices SAE, se trazan en el Grfico 2, segn ASTM D341. Este grfico es doblemente logartmico, por lo que el comportamiento de la viscosidad del aceite en funcin de la temperatura (ambiente o de operacin) no es lineal y depende del tipo de base lubricante y del aditivo mejorador de Indice de Viscosidad (IV). Este grfico se utiliza para ubicar la curva de cualquier tipo de aceite y es una de las herramientas ms importantes para trabajar en la seleccin correcta del aceite industrial ISO para una mquina y para hacerle seguimiento al comportamiento del aceite ISO o SAE a travs del tiempo. La curva del aceite siempre se traza con el valor de la viscosidad en cSt/40C y en cSt/100C; estos valores los especifica el fabricante de la mquina. Los fabricantes de lubricantes tambin dan la viscosidad de sus aceites en cSt a 40 y a 100C.

V = 0 V = V 1


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Grfico 1


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Grfico 2 Grfico ASTM D341

Viscosidad - temperatura Para trazar la curva de un aceite industrial

ISO o automotriz SAE

CONSISTENCIA

La consistencia es un trmino relacionado con la capacidad que tiene una grasa de fluir en funcin de la temperatura y del tiempo y depende de la viscosidad del aceite base y del tipo y porcentaje de espesador que posea, el cual puede fluctuar entre 5-30% por peso, ms, dependiendo del tipo de grasa. La consistencia es un factor importante de la grasa porque ella determina su capacidad de lubricacin y sellamiento, de permanencia en su sitio, de bombeabilidad, y capacidad para soportar una determinada temperatura. Es importante tener en cuenta que dos grasas con igual consistencia dureza, no tienen necesariamente el mismo desempeo.


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Grado de Consistencia Las grasas lubricantes ya sean de tipo industrial automotriz, minerales, sintticas vegetales se clasifican de acuerdo con su grado de consistencia, el cual se determina segn el mtodo ASTM D217, conocido como cono de penetracin de las grasas lubricantes. Este mtodo fue establecido por la NLGI (Instituto Nacional de Grasas Lubricantes) y permite hallar la consistencia de una grasa en trminos de penetracin sin agitacin (durante el almacenamiento) y de penetracin trabajada durante prolongados perodos de tiempo. La consistencia normalmente se reporta en trminos de penetracin trabajada, porque es el factor ms representativo de las condiciones reales bajo las cuales opera una grasa, principalmente si se utiliza en la lubricacin de rodamientos. Para determinar la penetracin trabajada de una grasa, se llena una vasija especial con suficiente cantidad de sta (una libra aproximadamente) y se somete inicialmente a 60 carreras dobles (ciclos) de un pistn, a 25C (77F) en un dispositivo llamado trabajador de grasa patrn, el cual consiste en un disco perforado (pistn) que al subir y bajar dentro de un cilindro, hace que la grasa pase repetitivamente de un lado a otro, hasta completar 60 carreras dobles. Ver Figura 13(a). Una vez que se completan los 60 ciclos se coloca la muestra de grasa trabajada debajo de un cono de peso y dimensiones normalizadas llamado penetrmetro. La punta de este cono se coloca tocando ligeramente la superficie de la grasa, se deja caer por su propio peso dentro de la grasa y luego de cinco segundos se lee en un dial (cuya aguja es accionada por el cono al caer) la profundidad en dcimas de milmetro (mm/10) que la punta de ste ha penetrado dentro de la grasa. Esta profundidad representa la consistencia de la grasa. El ngulo del cono es de 90, el de la punta de 30 y el peso de 102,5 gr. Para determinar la penetracin no trabajada, se somete la muestra de grasa (una libra aproximadamente) al mismo procedimiento utilizado para la penetracin trabajada, excepto que en este caso, la grasa no se somete al batido en el trabajador de grasa patrn. La penetracin de las grasas segn el mtodo ASTM D217 tiene su correlacin con una escala numrica estandarizada por la NLGI, para clasificar la consistencia de las grasas Ver Figura 13(b).

Figura 13 (a) Trabajador de grasa patrn y (b) cono de penetracin


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Captulo 4

SISTEMAS DE CLASIFICACION

DE LOS LUBRICANTES

MAQUINAS INDUSTRIALES Y AUTOMOTRICES

Es muy importante para garantizar la correcta aplicacin de los lubricantes industriales ISO y automotrices SAE, tener un concepto claro de qu es una mquina industrial y una automotriz. - Mquina industrial: se puede definir como aquella mquina en la cual ninguno de sus

componentes est expuesto a un proceso de combustin interna con un combustible, como es el caso de reductores de velocidad, compresores, motores elctricos, etc., por lo tanto los aceites a utilizar deben ser de especificacin ISO.

- Mquina automotriz: se puede definir como aquella mquina en la cual algunos de sus componentes estn sometidos a un proceso de combustin interna con un combustible, como es el caso de los cilindros, pistones, anillos y vlvulas de los motores Diesel, gasolina y gas; o estn relacionados con este proceso como es el caso del diferencial y transmisin de un camin, bus, etc, por lo tanto los aceites a utilizar deben ser de especificacin SAE.

SISTEMA ISO

Los aceites industriales se clasifican segn las Normas Internacionales para la Estandarizacin ISO, vigentes desde 1975, pero puestas en prctica a partir de 1979. Antes de implementarlas, los fabricantes de aceites especificaban sus productos con un nombre y un nmero, el cual no daba ninguna informacin acerca de su viscosidad. Por lo tanto, era frecuente encontrar aceites especificados de la siguiente manera: Tellus 41, Teresso 72, Macoma 45, Turbina 81, DTE Light, etc. El sistema ISO clasifica los aceites industriales en centistokes (cSt) a 40C. Este sistema permite adems una mayor facilidad en cuanto al manejo de los lubricantes porque evita la posibilidad de una mala utilizacin de los aceites por parte del usuario, en lo que tiene que ver con la viscosidad requerida. Adems, facilita hallar el equivalente casi que inmediatamente, puesto que el nombre del aceite debe ir acompaado de un nmero que indica la viscosidad en el sistema ISO. As, por ejemplo, si se tiene el aceite Tellus 68 (de la Shell) y se sabe que este fabricante ya adopt el sistema ISO, el nmero 68 indica que se trata de un aceite con una viscosidad de 68 cSt, a 40C. En la Tabla 7 se especifican los diferentes grados de viscosidad en el sistema ISO, y su viscosidad en cSt a 40C y en SSU a 100F, que son las temperaturas de referencia en estos dos sistemas de medida de la viscosidad, siendo el estndar el cSt/40C. Todo envase que contenga aceite industrial debe venir, marcado con el nombre y el grado de viscosidad ISO del aceite. En la clasificacin ISO, despus del grado ISO 68, los dems se obtienen aadiendo uno o dos ceros a partir del grado ISO 10. El lmite mximo y mnimo de un Grado ISO es el 10% de dicho grado. Actualmente, todas las compaas fabricantes de lubricantes, han adoptado la clasificacin ISO junto al nombre de sus aceites.


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Tabla 7 Clasificacin de la viscosidad de los aceites

industriales en el Sistema ISO

Grado ISO

cSt/40C SSU/100F

Mn Mx Mn Mx

2 1,98 2,42 32,0 34,4

3 2,88 3,52 36,0 38,2

5 4,14 5,06 40,4 13,5

7 6,12 7,48 47,2 52,0

10 9,0 11,0 57,6 65,3

15 13,5 16,5 75,8 89,1

22 19,8 24,2 105 126

32 28,8 35,2 149 182

46 41,4 50,6 214 262

68 61,2 74,8 317 389

100 90 110 469 575

150 135 165 709 871

220 198 242 1047 1283

320 288 352 1533 1881

460 414 506 2214 2719

680 612 748 3298 4448

1000 900 1100 4864 5975

1500 1350 1650 7865 9079

Caractersticas del Sistema ISO Algunos aspectos importantes que es necesario tener en cuenta con la clasificacin ISO son: - nicamente clasifica los aceites industriales y lo hace en cSt a 40C. - Solamente se relaciona con la viscosidad del aceite y no tiene nada que ver con su calidad. - El grado ISO aparece al final del nombre del aceite, cualquiera que sea su marca.

Curvas caractersticas de los aceites industriales El Grfico 2 permite obtener la curva caracterstica viscosidad-temperatura para cualquier aceite industrial o automotriz, ya sea derivado del petrleo, sinttico o vegetal, conociendo la viscosidad del aceite en cSt/40C y en cSt/100C. En el Grfico 3, se han ubicado las curvas de los aceites comprendidos entre un grado ISO 10 y 1500, con un IV entre 80 y 95. Las curvas graficadas se pueden prolongar dentro de un rango comprendido desde cerca del punto de fluidez hasta el punto de inflamacin del aceite. En la escala vertical de la izquierda aparece la viscosidad del aceite en cSt (o en mm2/seg) y en la escala horizontal inferior, la temperatura en C y en F respectivamente. Este grfico se puede utilizar, para hallar el grado ISO correspondiente a un aceite, cuando solamente se conoce un solo valor de la viscosidad, y para ello se ubica la viscosidad dada en la escala respectiva y por este punto se traza una horizontal hasta que corte la vertical correspondiente a la temperatura dada. El punto de interseccin puede coincidir con algunas de las curvas que aparecen en el Grfico 3, en cuyo caso, el nmero que la identifica sera el grado ISO correspondiente. En caso contrario, se selecciona la curva ms cercana al punto. Si ste da exactamente en la mitad de dos curvas, se tendran dos alternativas de seleccin:


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- La curva de menor viscosidad. En este caso se utilizara un aceite de menor viscosidad que la requerida, lo que podra dar lugar a contacto metal-metal (desgaste adhesivo) y a elevacin de la temperatura de operacin, como resultado de una condicin de friccin ms crtica.

- La curva de mayor viscosidad. Aumentara un poco la friccin fluida, por el exceso de viscosidad, pero se estara garantizando en todo momento la formacin de la pelcula lubricante. La elevacin de temperatura en este caso no es crtica y no representa ningn problema.

Por consiguiente, siempre que se presente esta situacin se selecciona la curva correspondiente al aceite de mayor viscosidad. Ver Grfico 3.

Grfico 3

ASTM D341 Viscosidad Temperatura

En mquinas industriales al emplear aceites de tipo automotor SAE, no quiere decir que se vaya a producir una falla catastrfica de los mismos, pero s puede dar lugar a una disminucin considerable de su Vida Disponible, Vd. Los aceites automotrices SAE para motores de combustin interna como el SAE 40 y 50, se utilizan con frecuencia en la lubricacin de compresores de pistn, y otros aceites como el SAE 90 y 140, en la lubricacin de reductores de velocidad. Estas aplicaciones, no son recomendables debido a que por ejemplo, en el caso del aceite SAE 40 o 50, debido a los aditivos detergentes-dispersantes que contiene, en presencia de humedad se emulsiona y puede dar lugar al dao de los componentes lubricados del compresor; y en le caso del SAE 90 y 140, puede conducir a la utilizacin de aceites ms viscosos en los reductores de velocidad, y por lo tanto a exceso de friccin fluida, que ocasiona un aumento considerable en la temperatura de operacin, haciendo que las


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tolerancias entre los dientes de los engranajes y elementos rodantes y pistas de los rodamientos, disminuyan, al dilatarse las superficies metlicas, y se presente, por lo tanto, desgaste adhesivo. Por otro lado, el aceite incrementa su rata de oxidacin y los retenedores se dilatan, ocasionando fugas de aceite. Adicionalmente, se tiene el problema del sobrecosto en la lubricacin de las mquinas, porque los aceites de tipo automotor SAE son entre 1,5 y 2 veces ms costosos que los de especificacin industrial ISO. Por consiguiente, si una mquina industrial se est lubricando, o se especifica en su lubricacin la utilizacin de aceites de clasificacin SAE, es recomendable hallar su equivalente en el sistema ISO e implementar su utilizacin. En la lubricacin de motores de combustin interna, nunca se deben emplear aceites industriales ISO, porque esto traera como consecuencia la formacin de gomas, lacas y carbones en la cabeza de los pistones y en las ranuras de los anillos, pegndolos y haciendo que en un momento dado, las gomas y el holln del combustible se descompongan en carbones duros, que rayan el cilindro y obstruyen los conductos de circulacin de aceite, causando el fallo inminente del motor. Por otro lado, los aceites ISO no cuentan con aditivos detergentes-dispersantes.

SISTEMA AGMA

La AGMA (Asociacin Americana de Fabricantes de Engranajes) 9005-D94 es una clasificacin utilizada solamente para aceites que se utilizan en la lubricacin de engranajes industriales abiertos y que trabajan en reductores de velocidad, de acuerdo con una codificacin que va del 1 al 13 y la cual corresponde a un rango de viscosidades en SSU a 100F, o en cSt a 37,8C. En esta clasificacin se especifican los aceites para lubricacin hidrodinmica (HD) y elastohidrodinmica (EHL) con aditivos EP de tipo qumico y compound (compuestos). Ver Tabla 8.

Tabla 8 Sistema AGMA 9005-D94 para la clasificacin de los

aceites para engranajes industriales

Grado AGMA

Viscosidad

cSt/40C cSt/100C

1AW 46 10,98

2AW,2EP 68 12,30

3AW,3EP 100 14,70

4AW,4EP 150 18,00

5AW,5EP 220 22,19

6EP 320 27,69

7EP,7Compound 460 34,72



10EP,10Compound 1500 72,74

11EP,11Compound 2200 96,68

12EP,12Compound 3200 130,63

13EP,13Compound 7600 150,00

14EP, 14Compound 14000 219,00

Notas:

(1) AW es aditivo antidesgaste. (2) EP es aditivo Extrema Presin y puede ser de tipo EP1, EP2, EP3. (3) Cuando es EP los aditivos metlicos son de tipo qumico y cuando es Compound

son a base de cidos grasos y no son reactivos con respecto a los bronces.


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SISTEMA SAE PARA ACEITES DE MOTORES DE 4 TIEMPOS

El vehculo es uno de los inventos ms revolucionarios hechos por el hombre en los ltimos tiempos, el cual le ha permitido tener un mayor nivel de comodidad, optimizar el tiempo y bajar los costos de su supervivencia en la tierra, adems de que lo ha llevado al diseo de otras mquinas, aunque quizs no mejores en su esencia, por lo menos si en los medios de transporte, como el tren, avin, etc. La SAE clasifica los aceites para motores a gasolina y Diesel en monogrados (ungrados) y multigrados. - Aceites SAE ungrados o monogrados: Se caracterizan porque slo estn referidos a un solo

grado de viscosidad. La letra W en algunos aceites ungrados significa Winter (invierno), lo que indica que son aceites que cuando estn sometidos a bajas temperaturas su viscosidad se incrementa menos y su punto de fluidez es ms alto, permitiendo el arranque del motor a una determinada temperatura por debajo de 0C, garantizando de esta manera, la correcta lubricacin del motor. Hay que considerar dos factores al analizar la operacin en tiempo fro: primero que el aceite permita que el cigeal del motor gire lo suficientemente rpido para que arranque; y segundo que el aceite garantice una lubricacin adecuada durante el perodo de calentamiento. Una vez que el motor se ha puesto en marcha y se ha calentado, la temperatura ambiente externa afecta muy poco la temperatura in

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