V. Lubricación y lubricantes

Profesor: MC. Manuel Pérez Villegas

Mantenimiento Área Industrial

Objetivo: El alumno seleccionará los tipos de lubricantes y procedimientos de lubricación con base en las propiedades y especificaciones técnicas de los fabricantes, existentes para su empleo en máquinas y mecanismos existentes en la industria.

Viscosidad

La viscosidad es la principal característica de la mayoría de los productos lubricantes. Es la medida de la fluidez a determinadas temperaturas.Si la viscosidad es demasiado baja el film lubricante no soporta las cargas entre las piezas y desaparece del medio sin cumplir su objetivo de evitar el contacto metal-metal.Si la viscosidad es demasiado alta el lubricante no es capaz de llegar a todos los intersticios en donde es requerido.Al ser alta la viscosidad es necesaria mayor fuerza para mover el lubricante originando de esta manera mayor desgaste en la bomba de aceite, además de no llegar a lubricar rápidamente en el arranque en frio.

La medida de la viscosidad se expresa comúnmente con dos sistemas de unidades SAYBOLT (SUS) o en el sistema métrico CENTISTOKES

(CST).Como medida de la fricción interna actúa como resistencia contra la

modificación de la posición de las moléculas al actuar sobre ellas una tensión de cizallamiento.

La viscosidad es una propiedad que depende de la presión y temperatura y se define como el cociente resultante de la división de la tensión de cizallamiento (t ) por el gradiente de velocidad (D).

m =t / D

Con flujo lineal y siendo constante la presión, la velocidad y la temperatura.

Afecta la generación de calor entre superficies giratorias (cojinetes, cilindros, engranajes).

Tiene que ver con el efecto sellante del aceite.

Determina la facilidad con que la maquinaria arranca bajo condiciones de baja temperatura ambiente.

Índice de Viscosidad

Los cambios de temperatura afectan a la viscosidad del lubricante generando así mismo cambios en ésta, lo que implica que a altas temperaturas la viscosidad decrece y a bajas temperaturas aumenta.

Arbitrariamente se tomaron diferentes tipos de aceite y se midió su viscosidad a 40*C y 100*C, al aceite que sufrió menos cambios en la misma se le asignó el valor 100 de índice de viscosidad y al que varió en mayor proporción se le asignó valor 0 (cero) de índice de viscosidad.

Luego con el avance en el diseño de los aditivos mejoradores del índice de viscosidad se logró formular lubricantes con índices mayores a 100.

Propósito de la Lubricación

• El propósito de la lubricación es interponer entre dos superficies que están en movimiento relativo, partículas lubricantes capaces de mantener separadas completa o parcialmente las dos superficies, de modo que el rozamiento sea lo mas pequeño posible.

¿Por que lubricar?

• Debido a las mayores exigencia a que son sometidas las piezas de las máquinas modernas, los lubricantes y los sistemas de lubricación están cambiando constantemente, adecuándose a las nuevas exigencias, incorporando nuevos términos como "aditivos", "multiviscosidad", "aceites sintéticos", etc.

• Sin embargo las actuales máquinas se diseñan para trabajar bajo condiciones de carga, temperatura, velocidades y ajustes tales que para cada situación se debe analizar con bastante rigor el tipo de lubricante a utilizar.

Tipos de Lubricación

• Lubricación Hidrodinámica:

Las superficies están separadas por una película de lubricante que proporciona estabilidad.

No se basa en introducir lubricante a presión (puede hacerse), exige un caudal de aceite, la presión se genera por movimiento relativo.

Se habla también de lubricación de película gruesa, fluida, completa o perfecta.

• Lubricación Límite:

La película de lubricante es tan fina que existe un contacto parcial metal-metal.

Puede pasarse de lubricación hidrodinámica a limite por caída de la velocidad, aumento de la carga o disminución del caudal de aceite.

En este tipo de lubricación mas que la viscosidad del lubricante es mas importante la composición química.

En los cojinetes hidrodinámicos en el arranque puede funcionar en condiciones de lubricación limite.

• Lubricación Hidrostática:

Se obtiene introduciendo a presión el lubricante en la zona de carga para crear una película de lubricante.

No es necesario el movimiento relativo entre las superficies.

Se emplea en cojinetes lentos con grandes cargas.Puede emplearse aire o agua como lubricante.

Lubricación seca:

La lubricación seca es la solución más efectiva y económica cuando los lubricantes convencionales (grasas y aceites) no pueden ser utilizados, o son usados con alto coste de materiales y mano de obra. En particular en instalaciones con alto contenido de polvo, altas temperaturas o en superficies con alto grado de humedad.El sistema consiste en un conjunto de aplicador de acero inoxidable y bloque lubricador.Los aplicadores de acero inoxidable –de alta resistencia– están equipados de un resorte que presiona sobre los bloques para que el contacto con la superficie metálica sea constante.Los bloques dMT-SPC recubren las superficies metálicas con una capa protectora sólida (dry coating) y de aproximadamente 10 micras de grosor.

Son una mezcla de componentes especiales, principalmente bisulfuro de molibdeno (sin grafito), que se adhieren a las superficies metálicas y crean un coeficiente de fricción óptimo y predeterminado. El MoS2 posee excepcionales cualidades antifricción y el contacto metálico se reduce hasta en un 80%, por lo que se aumenta la vida de las partes metálicas de 3 a 5 veces.

Resultados

Mantiene un coeficiente de fricción óptimo y constante entre las superficies metálicas de contacto según el tipo de bloque utilizado:

Bloque tipo T con un valor bajo de rozamiento (0.05µ) que favorece el deslizamiento.Bloque tipo M con un valor mucho más alto de fricción de (0.30µ) consigue un efecto de  tracción y evita que patine o resbale.

Reduce el desgaste de las superficies metálicas, aumentando de forma significativa la vida útil de estas partes de las máquinas. Evita que superficies en contacto se mellen o descascarillen.No requiere aplicación manual ni mantenimiento, eliminando los inconvenientes de esta operación.

Lubricación Elastohidrodinámica:

La lubricación elastohidrodinámica es quizá uno de los casos mas representativos de la TRIBOLOGÍA y en el cual se hallan involucrados todos los factores que conforman esta ciencia, como: la fricción, el desgaste, la lubricación, el diseño, los materiales, el funcionamiento del equipo y las condiciones de operación.

La Lubricación EHL es un estado de lubricación hidrodinámica que se caracteriza por la deformación elástica de las irregularidades de ambas superficies, debido a la carga que actúa sobre ellas. En este caso, la presión hidráulica de la película lubricante es lo suficientemente alta como para separarlas. Normalmente este tipo de de lubricación se presenta para valores específicos de la película lubricante (λ) por debajo de 1.5.

La lubricación EHL tiene lugar en elementos que ruedan entre sí o con respecto a una superficie plana. El aumento de la viscosidad del aceite, debido a la presión; y el aplastamiento de la superficie, se combina para "atrapar" el lubricante en el momento en que éste penetre en la zona de contacto. El espesor mínimo de la película lubricante oscila entre 0,05 y 2 µm y es menor que en el caso de la teoría clásica hidrodinámica. La viscosidad del aceite puede llegar a límites de magnitud mayor que la viscosidad de entrada y la película lubricante puede desarrollar presiones hasta 350000 psi. Los engranajes, rodamientos, levas y cadenas, por lo general operan bajo condiciones de lubricación EHL.

Objetivos de la Lubricación

1. Disminuir el rozamiento entre dos superficies, manteniendo una película de aceite entre ellas.

2. Disminuir los efectos del roce.3. Disipar calor generado por el roce.4. Proteger las superficies contra la oxidación.5. Arrastra las inevitables partículas desprendidas por

desgaste.

Tipos de Roce

• Roce Estático: Es el que se produce cuando los cuerpos están en

reposo, antes de iniciarse el movimiento relativo entre las superficies de deslizamiento.

• Roce Cinemático:Es el que se produce una vez que la superficies

están en movimiento relativo.El roce estático es mayor que el roce cinemático.

• Roce Deslizante:Es el producido entre las superficies de dos piezas

que se encuentran con un movimiento relativo entre ellas, deslizando una en contacto con la otra.

• Roce Rodante:Es el producido entre dos piezas con movimiento

relativo una de otra, donde una de las dos gira sin resbalar sobre la otra.

El roce deslizante es mayor que el roce rodante.

• Roce Fluido:Es el producido entre las superficies de dos piezas en

movimiento relativo entre ellas, cuando se interponen entre las superficies un fluido, de modo que las capas del fluido deslizan con respecto a la superficies de las piezas.

El roce rodante es mayor que el roce fluido.

Efectos del Roce

• Independiente del tipo de roce, todos producen los mismos efectos, sólo cambia la magnitud de ellos, estos efectos son:

• Generación de calor entre las superficies de las piezas en contacto durante el movimiento relativo entre ellas, con el consiguiente aumento de temperatura de las piezas en contacto.

• Desgaste de las superficies en contacto, generando mayor desgaste sobre la pieza más blandas

• Oposición al movimiento (fuerza de roce) que hay que vencer, gastando energía (potencia).

Desgaste

• Las superficies metálicas de dos piezas en movimiento relativo, son de naturaleza rugosa, el contacto entre ellas se localiza en los puntos más sobresalientes, distribuyéndose la fuerza de contacto en un área pequeña, generando altas presiones en esas zonas.

• Si el movimiento se inicia en estas condiciones se producirán altas temperaturas localizadas con posibilidad de generar microsoldaduras (agripamiento) que tienden a frenar el movimiento.

• Al iniciar el movimiento en estas condiciones, las microsoldaduras son arrancadas de las superficies generándose el desgaste metálico.

• Se define el desgaste como la perdida de material en las superficies que están rozando en el movimiento relativo de dos piezas o componentes mecánicos.

Lubricantes mas Utilizados

• Cualquier tipo de fluido puede actuar como lubricante, como ejemplo se pueden nombrar al aire, al agua, aceites y metales fundidos.

• Los requisitos que deban cumplir dependerán de las condiciones de funcionamiento (presiones o cargas, temperaturas, velocidades, ambiente, etc.) y del material de las superficies a lubricar.

• Los tipos utilizados como lubricantes son:Aceites y grasas minerales (derivados del petróleo).Aceites y grasas animales o vegetales.Lubricantes sólidos minerales.Lubricantes sintéticos.

Mantenimiento Mecánico.Prof. Ing. Luis Suárez

Importancia Económica

• La lubricación tiene un costo que no se limita solo al valor del lubricante, sino que lo constituyen los siguientes costos:Costo del lubricante y de la lubricación (lubricantes,

filtros, mano de obra lubricador).Costo de las piezas de recambio gastadas en forma

prematura por una lubricación deficiente.Costo por las perdidas de energía generadas por el

roce mayor cuando falta la lubricación.Costo de la mano de obra para el recambio de piezas

gastadas en forma prematura.

Costo de las perdidas de producción por detenciones no programadas imputables a una lubricación deficiente.

Costo por concepto de:% relativoal costo total

Lubricación y lubricante 10

Piezas de recambio (vida desperdiciada ) 20

Perdida de energía (adicional al roce normal) 05

Mano de obra para el recambio no previsto 35

Perdida de producción por detenciones imprevistas por lubricación deficiente 30

Métodos de Lubricación

• Lubricación Manual con aceitera o grasera.• Lubricación por Goteo.• Lubricación por Salpicadura.• Lubricación por Anillo.• Lubricación por Cadena.• Lubricación por Collar.• Lubricación por Estopa o Mecha.• Lubricación Botella Dosificadora.• Lubricación por Rocío.

Lubricación Manual

Lubricación por Goteo

Lubricación por Salpicadura

Lubricación por Salpicadura

Lubricación por Anillo.

Lubricación por Cadena.

Lubricación por Collar

Lubricación por Estopa o Mecha

Lubricación Botella Dosificadora

Mantenimiento Mecánico.Prof. Ing. Luis Suárez

Lubricación por Rocío

Lubricación por Circulación

Lubricador de Nivel Constante

Lubricación Forzada

Sistema de Lubricación Forzada

Lubricación por Carter Seco