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Lubricación Informe Final Lubricación Informe Final Lubricación Informe Final
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I
17-4-2015
LUBRICANTES ÓRGANOS DE MÁQUINAS Y
MECANISMOS
INTEGRANTES: - CASTAÑEDA ARRASCUE, LILIANA
- DÍAZ SÁNCHEZ, LEONARDO JAIR
- PUELLES ROMÁN, JENIFFER
- RETTO HERNÁNDEZ, PATRICIA
- TUMBAJULCA MANTILLA, MARLON
- VALERA CÁCERES, FLOR MILAGROS
DOCENTE: Ing. OLIVERA ALDANA, MARIO FELIX
TRUJILLO – PERÚ 2015
II
ÍNDICE 1. DEFINICIÓN ...................................................................................................................... 1
2. REGÍMENES DE LUBRICACIÓN .................................................................................. 1
2.1. LUBRICACIÓN HIDRODINÁMICA ...................................................................... 1
2.2. LUBRICACIÓN HIDROSTÁTICA .......................................................................... 2
2.3. LUBRICACIÓN ELASTOHIDRODINÁMICA ...................................................... 2
2.4. LUBRICACIÓN MIXTA Y LÍMITE........................................................................ 3
2.5. LUBRICACIÓN SÓLIDA .......................................................................................... 3
3. FUNCIONES DE LOS LUBRICANTES .......................................................................... 4
3.1 REDUCCION DE LA FRICCION. ........................................................................... 4
3.2 REDUCCION DEL DESGASTE. .............................................................................. 4
3.3 DISPERSION DE CALOR. ....................................................................................... 4
3.4 RESGUARDO DE LA SUCIEDAD. ......................................................................... 5
3.5 PREVENCIÓN DE LA OXIDACIÓN ...................................................................... 5
3.6 TRANSMISION DE POTENCIA. ............................................................................. 5
4. ACEITES Y SUS CARACTERÍSTICAS.......................................................................... 5
4.1. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEITES LUBRICANTES POR SU ORIGEN ...... 6
5. LAS GRASAS ...................................................................................................................... 8
5.1. VENTAJAS Y DESVENTAJAS ................................................................................ 8
5.2. PROPIEDADES ........................................................................................................ 10
5.2.1. Punto de fusión .................................................................................................. 10
5.2.2. Punto de gota ..................................................................................................... 10
5.2.3. Consistencia ....................................................................................................... 10
5.2.4. Capacidad de carga ........................................................................................... 11
5.3. TIPOS DE ENSAYO PARA LAS GRASAS ........................................................... 11
5.3.1. Ensayo Shell de 4 bolas ..................................................................................... 11
5.3.2. Ensayo Adams ................................................................................................... 11
5.3.3. Estabilidad frente a la oxidación ...................................................................... 11
5.4. TIPOS DE GRASAS ................................................................................................. 12
5.4.1. Grasas Cálcicas .................................................................................................. 12
5.4.2. Grasas Alumínicas ............................................................................................. 12
5.4.3. Grasas Sódicas ................................................................................................... 13
5.4.4. Grasas Líticas .................................................................................................... 13
5.4.5. Grasas De Bario ................................................................................................. 13
6. CLASIFICACIÓN DE LOS LUBRICANTES ............................................................... 14
6.1. CLASIFICACIÓN POR SU VISCOSIDAD. .......................................................... 14
6.2. CLASIFICACIÓN POR LAS CONDICIONES DE SERVICIO. ........................ 14
III
6.2.1. CLASIFICACIÓN SAE: .................................................................................. 14
- ACEITES MONOGRADO. ...................................................................................... 15
- ACEITES MULTIGRADO ...................................................................................... 16
6.2.2. NIVELES API Y CARACTERISTICA DE LOS ACEITES ........................ 18
- API PARA VEHÍCULOS A GASOLINA ............................................................... 18
- API PARA VEHÍCULOS PETROLEROS ............................................................. 19
7. LUBRICACIÓN EL DISEÑO DE MÁQUINAS ............................................................ 21
7.1. COJINETES Y RODAMIENTOS ........................................................................... 21
7.2. TIPOS DE COJINETES Y DENOMINACIONES ................................................ 21
7.2.1 COJINETES LISOS ......................................................................................... 21
7.2.2 LOS RODAMIENTOS ..................................................................................... 22
Partes de un rodamiento ................................................................................................... 22
Rodamientos radiales. ....................................................................................................... 22
Rodamientos axiales .......................................................................................................... 23
Rodamientos de contacto angular .................................................................................... 24
7.3.1. ELEMENTO RODANTE ................................................................................. 24
7.3.2. ENGRANAJES .................................................................................................. 25
Engranajes cilíndricos............................................................................................... 26
Engranajes cónicos .................................................................................................... 27
Tornillo sin fin rueda helicoidal ............................................................................... 28
7.3.3. LUBRICACIÓN DE CILINDROS .................................................................. 28
7.3.4. CADENAS.......................................................................................................... 29
7.3.5. LEVAS Y TAQUES .......................................................................................... 30
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................... 31
1
LUBRICACIÓN
1. DEFINICIÓN
El término lubricación se refiere al proceso en el que un fluido se introduce entre las
superficies en contacto de dos cuerpos con movimiento relativo que rozan unidos por
una carga, y este fluido forma una película de separación física entre las superficies
de los cuerpos, que reduce la fuerza de deslizamiento y con ello el desgaste mutuo
(Lara et al., 2011).
El propósito de la lubricación o engrase es el de interponer una película de un material
fácilmente cizallable, de modo que el deslizamiento se realice en su seno, ente
elementos de máquinas con movimiento relativo y cargados.
La sustancia fácilmente cizallable puede ser:
Gaseosa: por ejemplo el aire.
Liquida: generalmente un aceite.
Pastosa: grasa.
Solida: grafito, bronce poroso, teflón, etc.
2. REGÍMENES DE LUBRICACIÓN
Las distintas formas de conseguir la formación de esa película de lubricante entre las
piezas en contacto, dan lugar a los diferentes regímenes de lubricación que a
continuación serán descritos (Ruiz, 2012).
2.1. LUBRICACIÓN HIDRODINÁMICA
La lubricación hidrodinámica se tiene cuando al girar el eje arrastra al aceite creando
zonas de sobrepresión y de depresión. Llegando un determinado momento, se crea
una cuña hidrodinámica a presión que mantiene separados los dos cuerpos sin ningún
aporte de presión exterior. La formación de la cuña hidrodinámica depende
fundamentalmente de los siguientes factores:
Viscosidad del lubricante
Velocidad en el movimiento relativo entre elementos, cojinete y gorrón.
Huelgo radial entre los dos elementos.
Carga radial ente los dos elementos.
Carga radial del eje.
2
2.2. LUBRICACIÓN HIDROSTÁTICA
En este caso la capa del lubricante se garantiza gracias al suministro de un fluido a
presión en la zona de contacto. La presión exterior es la encargada de mantener la
separación de los cuerpos. El rozamiento es muy bajo en este régimen de lubricación.
Existen dos tipos de cojinetes hidrostáticos, el caudal constante y el de presión
constante (el más utilizado).
Figura 1. Tipos de cojinetes hidrostáticos.
Una aplicación muy importante de este régimen de lubricantes, es en el arranque de
varias máquinas. Para que se forme la capa de aceite en régimen hidrodinámico, el eje
tiene que tener una velocidad mínima. Si se arranca desde parado, se utiliza la
lubricación hidrostática al principio hasta que se alcanza la velocidad suficiente. Una
vez alcanzada la velocidad necesaria, se genera la cuña hidrodinámica que es capaz
por si misma de mantener la película de aceite.
2.3. LUBRICACIÓN ELASTOHIDRODINÁMICA
Esta se genera en los contactos altamente cargados que pueden ser:
Lineales (engranajes)
Puntuales (rodamientos de bolas)
Como consecuencia de las cargas elevadas en los contactos se tienen
Aumento de viscosidad en el aceite
Deformación elásticas en los cuerpos
Dado que la viscosidad aumenta debido a la alta presión, la distribución de presión
aumenta, con lo que también lo hace la capacidad de carga, para cuantificar la teoría
de la lubricación elastohidrodinámica, es necesario conjugar las siguientes
ecuaciones:
Ecuación de la viscosidad en función de la presión.
Ecuación diferencial de Reynolds.
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Ecuación de la deformación elástica de los cuerpos.
2.4. LUBRICACIÓN MIXTA Y LÍMITE
En la lubricación elastohidrodinámica, el espesor mínimo de película depende de la
viscosidad, de la velocidad y de la presión.
Si aumenta la presión, la película disminuye y se produce contacto metal – metal
debido a las rugosidades. Esta situación da lugar a la lubricación mixta.
Si se denomina: λ= Espesor mínimo de película
Rugosidad de las superficies
Se tiene que para “𝜆” comprendido entre 1 y 3’5, el régimen de lubricación es mixto
y que para "𝜆"menos que 1, toda la carga la soportan los elementos. No existe película
y se tiene lubricación límite. Para un valor de "𝜆" igual a 2, el desgaste afecta solo a
las rugosidades, lo que constituye un desgaste perfectamente admisible.
En el caso de lubricación límite, la importancia de la viscosidad disminuye pero
aumenta mucho la importancia de la untuosidad. De igual modo, adquiere importancia
la composición química de las piezas en contacto.
La misión del lubricante en el caso de la lubricación límite sigue siendo la de reducir
el contacto solido – solido, mediante el esfuerzo de cortadura en el seno del mismo.
Esto se consigue con:
Molécula largar con grupo polar.
Lata adherencia.
Punto de vaporización alto.
2.5. LUBRICACIÓN SÓLIDA
Se produce cuando algunas de las condiciones son las siguientes:
Temperaturas elevadas.
Acceso difícil de lubricante líquido.
Cargas extremas con vibraciones.
Presencia de gases, disolventes, ácidos, etc.
Los lubricantes más utilizados en este caso son el bisulfuro de molibdeno y el grafito
que poseen una estructura molecular en láminas superpuestas de tipo “hojaldrado”.
4
3. FUNCIONES DE LOS LUBRICANTES
A menos que haya un lubricante adecuado entre las partes móviles en contacto, la fricción
y el desgaste serán excesivos y la maquina pronto dejara de funcionar. Los lubricantes
tienen también otras importantes funciones: por ejemplo, disipan el calor de los baleros y
piezas en movimiento. A menudo ayudan a crear una capa de rechazo a la suciedad.
Protegen las superficies metálicas contra la oxidación y corrosión.
En ocasiones, como ocurre en equipos hidráulicos, el lubricante actúa como transmisor
de potencia de una parte de la maquina a otra.
Algunos fines de la lubricación son los siguientes:
3.1 REDUCCION DE LA FRICCION.
Supongamos que colocamos dos bloques de acero cuyas superficies se rozan entre si
ligeramente. Si ejercemos presión con cierta fuerza sobre el bloque superior podemos
hacer que se deslice sobre el bloque colocado abajo. Al medir esta fuerza comprobamos
que requiere un esfuerzo de 15 kg para desplazar el bloque superior. Ahora se coloca un
poco de aceite entre los bloques y la fuerza es d 2.5 kg. Se dice entonces que el aceite ha
reducido la fricción entre ambos bloques.
Si se observan las superficies de acero bajo un microscopio, se comprobará que existen
en ambos minúsculas depresiones y aristas que se traban entre sí, impidiendo a los bloques
deslizarse libremente. Cuando hay aceite entre los bloques, estos son separados y las
pequeñas depresiones y aristas dejan de trabarlos, permitiendo el deslizamiento.
3.2 REDUCCION DEL DESGASTE.
Si no estuvieran lubricados algunas de las pequeñas aristas se romperían al moverse un
bloque sobre el otro. Esto daría como resultado, eventualmente un desgaste visible en los
bloques. Las aristas no pueden entrar en contacto unas con otras cuando se aplica el
lubricante y de esta forma se reduce el desgaste.
3.3 DISPERSION DE CALOR.
Otra función de los lubricante es la de disipar el calor. En los puntos de contacto de
superficies giratorias de una máquina, se genera siempre una cantidad determinada de
calor aun cuando estén bien lubricados. El aceite absorbe calor. En algunos sistemas
circulantes el aceite es llevado a enfriadores y ahí vuelto para otro ciclo. En algunos
5
sistemas el calor pasa del aceite a los costados del depósito y de ahí al exterior, siendo
normal, por tanto que el aceite en los depósitos se caliente cuando la maquina está
operando, no obstante, el excesivo calentamiento del aceite es una señal de peligro que
hace imperativa una inspección de la máquina para detectar la causa del exceso de calor.
3.4 RESGUARDO DE LA SUCIEDAD.
El uso apropiado de un lubricante puede evitar la suciedad entre un cojinete y el muñón,
y el daño consecuente que este ocasionaría en las suaves superficies de ambos.
3.5 PREVENCIÓN DE LA OXIDACIÓN
La presencia de una película de lubricante en los cojinetes y engranes los protegen de la
oxidación y evitan su contacto con el aire y la humedad. Por esta razón los cojinetes y
engranes que se guardan en sitios de almacenamiento deben ser cubiertos con un
preventivo contra la oxidación.
3.6 TRANSMISION DE POTENCIA.
El elevador hidraulico usado para subir automoviles en una estacion de servicio, es un
ejemplo del uso del aceite para transmitit potencia y mover embolos. Este principio es
empleado en muchas maquinas de las platas de acero.
En el equipo hidraulico que usa aciete como medio de transmision de potencia, el aceite
no es considerado como lubricante en si, pero el mantenimiento de equipo hidraulico es
responsabilidad del encargado de la lubricación. (Santos Martinez, 1992)
4. ACEITES Y SUS CARACTERÍSTICAS
El trabajo principal del aceite lubricante es evitar que las piezas metálicas entren en
contacto para que así no haya fricción y por ende desgaste dentro del motor o piezas en
movimiento. Adicionalmente, su trabajo es disipar el calor que se genera por la fricción,
además de transferirlo fuera del ciclo de la combustión. Este se adhiere a las superficies
y el deslizamiento se produce entre las distintas capas del mismo, reduciendo el
rozamiento, la generación de calor y el ruido.
Otra de las funciones de un buen aceite, es que debe mantener en suspensión todos los
contaminantes que son creados por la combustión de la gasolina, como lo son los silicatos
y ácidos; el lubricante debe limpiar los motores internamente de estos depósitos que son
dañinos.
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Hace unos años los lubricantes no podían soportar estos trabajos extremos y convertían
su composición química en herrumbre y barnices. Esto bloqueaba todos los conductos de
lubricación en el motor y no permitía la correcta lubricación de las partes causando las
averías y lo peor es que esto pasaba en solo minutos o en un periodo corto de tiempo. Esto
fue el catalizador de la elaboración de nuevos lubricantes donde estos fueran más
avanzados tecnológicamente, muchos de los cuales eran fabricados manualmente en
laboratorios y no con bases minerales convencionales.
El aceite lubricante debe cumplir en el motor los siguientes objetivos:
Contribuir a lograr la estanqueidad de los cilindros, evitando fugas de gases y de
combustible.
Mejorar el rendimiento del motor al reducir el consumo de energía mecánica, lo que
disminuye el consumo de combustible, lo que disminuye el consumo de combustible.
Soportar las cargas y esfuerzos a los que está sometido sin ser desplazado, reduciendo
las vibraciones, choques y ruidos entre piezas.
Soportar las elevadas temperaturas de funcionamiento del motor.
Mantener su viscosidad cuando el motor está caliente para soportar la presión, y una
buena fluidez con el motor frio, para facilitar sus arranques a bajas temperaturas.
Absorber parte del calor de las piezas con las que está en contacto y evacuarlo de
manera eficaz hasta el cárter donde es enfriado.
Limpiar los residuos e impurezas que se generan de las superficies en deslizamiento
y arrastrarlas hasta el cárter donde se depositan
Evitar la formación de lodos, barros y residuos que puedan atorar los conductos de
engrase
Neutralizar los ácidos, aire, agua y sustancias corrosivas debidas a la combustión,
descomposición del propio lubricante, etc., protegiendo al motor.
4.1. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEITES LUBRICANTES POR SU ORIGEN
Aceites lubricantes minerales: Los aceites minerales proceden del Petróleo, y son
elaborados del mismo después de múltiples procesos en sus plantas de producción, en las
Refinarías. El petróleo bruto tiene diferentes componentes que lo hace indicado para
distintos tipos de producto final, siendo el más adecuado para obtener Aceites el Crudo
Parafínico.
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4.1.1. Aceites lubricantes Sintéticos: Los Aceites Sintéticos no tienen su origen directo
del Crudo o petróleo, sino que son creados de Sub-productos petrolíferos combinados en
procesos de laboratorio. Al ser más largo y complejo su elaboración, resultan más caros
que los aceites minerales. Dentro de los aceites Sintéticos, estos se pueden clasificar en:
Oligomeros olefinicos, ésteres orgánicos, Poliglicoles, Fosfato esteres.
4.1.2. Aceites lubricantes semi-sintéticos. Los Semi-Sintéticos se obtienen de una
mezcla de aceites sintéticos y minerales. Las propiedades de los aceites Semi-Sintéticos
son también muy superiores a los de los minerales, ya que retienen las propiedades y
características de los aceites sintéticos.
Aditivos de los aceites lubricantes industriales
- ADITIVOS ANTIDESGASTE: La finalidad de los lubricantes es evitar la
fricción directa entre dos superficies que están en movimiento, y estos aditivos
permanecen pegados a las superficies de las partes en movimiento, formando una
película de aceite, que evita el desgaste entre ambas superficies.
- ADITIVOS DETERGENTES: La función de estos aditivos es lavar las partes
interiores en el motor, que se ensucian por las partículas de polvo, carbonilla, etc.,
que entran a las partes del equipo a lubricar, motor, etc.
- ADITIVOS DISPERSANTES: Este tipo de aditivos pone en suspensión las
partículas que el aditivo detergente lavó y las disipa en millones de partes,
reduciendo su impacto para la zona a lubricar.
- ADITIVOS ANTICORROSIVOS: Estos aditivos de naturaleza alcalina
neutralizan las sustancias corrosivas que se forman en el interior del motor por
azufre del combustible, la combustión, el agua y la propia degradación del aceite
cuando este se encuentra a elevadas temperaturas, ya que estas sustancias forman
ácidos que atacan las superficies de las piezas con las que están en contacto
deteriorándolas
- AGENTES ANTIOXIDANTES: Estos aditivos son inhibidores de la oxidación
y están diseñados para que mantengan la estabilidad ante la oxidación del aceite.
Permite al aceite soportar temperaturas más altas durante mayores periodos de
funcionamiento.
- AGENTES MEJORADORES DE LA ADHERENCIA: Estos aditivos
permiten que las piezas en movimiento se deslicen más rápidamente, permitiendo
menos fricción y, en consecuencia importantes ahorros de combustible.
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5. LAS GRASAS
La tendencia actual de los fabricantes de maquinaria es la de tratar de reducir al máximo
las tareas de mantenimiento periódico que requieren, habiéndose eliminado casi por
completo los puntos de engrase rutinario. Esto ocasiona un aumento de la importancia de
la lubricación por grasa. Una grasa es una sustancia que resulta de mezclar
convenientemente un jabón con un aceite apropiado. El aceite sigue cumpliendo su misión
de fluido lubricante y el jabón actúa como agente espesante. Como definición más precisa,
cabe decir que: La grasa es un compuesto viscoplástico obtenido por espesamiento de
aceites minerales, mediante la aportación de un jabón (Nebrija, 2008). La naturaleza y
porcentajes de los componentes de la grasa dependen mucho de las aplicaciones para las
cuales va a estar destinada.
- Aceite base: 75-96%
Aceite mineral
Aceite sintético
Aceite vegetal
- Espesante: 3-25%
Jabones metálicos simples
Jabones metálicos complejos
Espesantes con base no jabonosa
Espesantes inorgánicos
- Aditivos: 0-10%
En ciertas aplicaciones, las grasas se pueden utilizar en sustitución de los aceites
lubricantes. Su uso está normalmente limitado a aquellos puntos y órganos en los que no
es posible ni cómoda la utilización de aceites lubricantes o en los que desde el principio,
se presupone un conjunto de restricciones para un buen rendimiento del aceite.
5.1. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Las principales propiedades o ventajas que deben tener las grasas frente a un aceite son:
Ser capaces de formar una película lubricante lo suficientemente resistente como para
separar las superficies metálicas y evitar el contacto metal-metal (reduciendo la
fricción y el desgaste). Características de arranque en frío.
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El lubricante debe permanecer retenido en el punto de engrase debido a que la
frecuencia de relubricación por fluido lo hace económicamente injustificable.
Protección frente a la corrosión.
En máquinas donde no es factible hacer llegar un fluido mediante un sistema de
conducción o colocar un depósito debido a la configuración de la máquina.
Alimentación de lubricante adicional.
Tener propiedades sellantes (evitando el agua y otros contaminantes).
Tener resistencia a cambios estructurales o de consistencia (Tenacidad).
Resistir al centrifugado y a la pérdida de fluido.
Ser compatible con materiales sellantes.
Poseer las características adecuadas para la aplicación requerida.
Minimiza la contaminación de productos.
Uso de aditivos sólidos.
Mantenimiento sin parada.
Cuando el diseño del equipo especifica grasa.
Cuando se desea reducir la frecuencia de relubricación.
Cuando se presentan condiciones extremas (temperatura, presiones, cargas, etc.).
Sin embargo, también posee una serie de desventajas que se deben tener muy en cuenta:
Menor capacidad de enfriamiento/transferencia de calor.
Limitaciones de velocidad en los rodamientos.
Menor estabilidad al almacenamiento.
Falta de uniformidad.
Problemas de compatibilidad.
Menor resistencia a la oxidación.
Control de la contaminación.
Dificultad de controlar el volumen.
Se debe tener en cuenta que una grasa no enfría el mecanismo como un fluido circulando
y tampoco es capaz de arrastrar los contaminantes no deseados como lo hace un fluido.
Un lubricante debe reducir el coeficiente de fricción y de este modo reducir la cantidad
de calor que genera (y el desgaste). Las grasas poseen coeficientes de fricción más bajos
que los aceites que se utilizan en su propia fabricación, por tanto se consume menos
energía con grasas que con aceites.
10
Cuando los aceites se calientan, su coeficiente de fricción aumenta considerablemente.
Lo mismo ocurre con las grasas pero en menor grado (Estíbaliz, 2005).
5.2. PROPIEDADES
Dentro de las propiedades que definen o clasifican a las grasas destacan las siguientes
(Nebrija, 2008):
5.2.1. Punto de fusión
Es la temperatura a la cual comienza a formarse un menisco convexo en la punta de un
tubo perteneciente a un recipiente normalizado diseñado expresamente para la realización
de este ensayo.
5.2.2. Punto de gota
Es una propiedad de las grasas directamente relacionada con la temperatura. Refleja el
momento en que la grasa se licúa al calentarla. A esta temperatura, se desprende y cae la
primera gota del ensayo anterior.
5.2.3. Consistencia
Así como la viscosidad es una característica de la fluidez de los aceites, la consistencia
es una característica de plasticidad, que indica el grado de deformación que es capaz de
resistir una grasa bajo la aplicación de una fuerza. La consistencia también recibe los
nombres de "grado de dureza" o de "resistencia a la penetración". Depende de la
temperatura a la que se encuentre, así como del grado de "trabajo" anterior, entendiendo
por tal el grado de movimiento a que ha sido sometida. Esta propiedad se mide mediante
un cono estandarizado de unos 6 centímetros de diámetro y de unos 150 gramos de peso
que se deja caer en el seno de la grasa y da lugar al "grado de penetración ASTM". Esta
medida se toma 5 segundos después de que la punta del cono contacta con la superficie
de la grasa que debe encontrarse a 25 ºC. Otra escala es la del número NLGI (National
Lubricating Grease Institute), que crece con la consistencia (al contrario que el ASTM).
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Figura 2. Consistencia de grasas según dos sistemas (NLGI Y ASTM)
5.2.4. Capacidad de carga
Mide la mayor 0 menor carga que aguanta una película de grasa antes de romperse.
5.3. TIPOS DE ENSAYO PARA LAS GRASAS
5.3.1. Ensayo Shell de 4 bolas
Este dato también se encuentra en las especificaciones de los fabricantes. El fundamento
es el deslizamiento de una bola que gira a 1770 rpm sobre Otras tres bolas fijas, con la
muestra de grasa a 27 ºC durante intervalos de diez segundos e incrementos de carga
crecientes. Se mide la carga máxima que puede aplicarse a la bola superior hasta que se
produce la rotura de la película de grasa aplicada entre las bolas y el consiguiente gripado
de las mismas. Sirve para predecir las características de desgaste con otros metales.
5.3.2. Ensayo Adams
Mide la cantidad de aceite destilado del seno de la grasa tras trabajar ésta en un cojinete
a una determinada temperatura y a un determinado número de revoluciones. Cuanto
menos aceite se destile, mejor es el comportamiento de la grasa.
5.3.3. Estabilidad frente a la oxidación
Este ensayo consiste en depositar cuatro gramos de grasa en cada uno de los 5 platillos
existentes en el interior de un balón hermético de oxigeno normalizado y presurizado a
una determinada temperatura. El cambio de presión en el interior indica absorción de
oxígeno por parte de la grasa. Es un dato a tener en cuenta para el almacenaje.
12
5.4. TIPOS DE GRASAS
El tipo de jabón empleado en la fabricación de cada grasa es el que determina las
propiedades fundamentales que van a caracterizar posteriormente a dicha grasa. Aunque
existen otros tipos de combinaciones posibles, los jabones más empleados en la
fabricación de grasas son los siguientes (Jaramillo, 2014):
Cálcicos
Alumínicos
Sódicos
Líticos
Báricos
Además de ser los que determinan las características y propiedades de las grasas de las
que forman parte, los jabones también les prestan a dichas grasas sus nombres. Las
propiedades de cada uno de estos tipos son las que se citan a continuación.
5.4.1. Grasas Cálcicas
Son de aspecto mantecoso y ofrecen muy buena resistencia frente al agua, por lo que su
empleo resulta apropiado en aquellos puntos de engrase expuestos a la acción del lavado
con la difusión de las grasas cálcicas ha sido muy grande debido a su bajo precio. Sin
embargo, su poca resistencia mecánica y su débil resistencia frente al aumento de
temperatura, las hacen poco recomendables para muchas aplicaciones.
Pueden trabajar sin problema en cojinetes sencillos hasta temperaturas del orden de 75
grados y a partir de ahí se evaporan pequeñas cantidades de agua que la hacen inestable
causando la separación de jabón y aceite. Aunque el punto de gota de estas grasas está
comprendido entre 80 y 100 ºC, se pueden encontrar grasas especiales cuyo punto de gota
supera los 200 ºC.
5.4.2. Grasas Alumínicas
De características similares a las grasas cálcicas, las grasas alumínicas son en cambio,
claras, transparentes y de estructura suave y fibrosa. Como aquellas, tampoco ofrecen
gran resistencia al aumento de la temperatura y su temperatura límite de servicio es de
unos 70 ºC. Excepcionalmente algunos tipos de grasas alumínicas pueden llegar a los 150
ºC. Son insolubles en agua y poseen gran resistencia frente a la formación de herrumbre.
Otra de sus buenas cualidades es la de no endurecerse demasiado a bajas temperaturas.
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Gozan de muy buenas cualidades adherentes pero su resistencia mecánica es más bien
baja. Su punto de gota oscila entre 80 ºC y 90 ºC.
5.4.3. Grasas Sódicas
Presentan estructura fibrosa y gozan de muy buena resistencia mecánica, sin sufrir
deterioro alguno ni separación de sus componentes aunque se las someta a notables
esfuerzos de batido y agitamiento. Presentan además una excelente resistencia a la
oxidación en servicios prolongados, lo que es frecuente su empleo en rodamientos y
cojinetes sellados de los que se conocen como "engrasados de por vida".
Poseen buenas cualidades anticorrosivas y antiherrumbre y pueden resistir bien las
temperaturas elevadas, del orden de hasta los 150 ºC. Su punto de gota se sitúa entre los
140 ºC y los 180 ºC.
5.4.4. Grasas Líticas
Su empleo se encuentra muy extendido en la actualidad. Se puede afirmar que un del total
de las grasas que se consumen son líticas. Esto se debe a que poseen una serie de
características muy buenas de entre las que destacan una alta resistencia al agua y una alta
resistencia a la temperatura (hasta 150 ºC). Su punto de gota se sitúa encima de los 190
ºC
5.4.5. Grasas De Bario
Superan a las grasas líticas por sus mejores cualidades adherentes y resistencia mecánica,
así como también su todavía mayor resistencia al agua. Se emplean como grasas de tipo
universal que pueden utilizarse sin contratiempos hasta temperaturas del orden de los 150
oc. Por el contrario, son mucho más caras y muy difíciles de preparar. Su punto de gota
se sitúa alrededor de los 200 ºC.
El desarrollo de las industrias aeronáutica, civil, construcción, transporte, energética,
agroalimentaria y médico-farmacéutica, entre otras, ha impulsado el desarrollo de
productos petroquímicos y vegetales. Gracias a ello se pueden formular grasas para
lubricar componentes de máquinas que trabajan en las condiciones más extremas, por
ejemplo temperaturas desde -180°C hasta 1200 °C, velocidades desde 2 hasta 80.000 rpm.
Así, es posible encontrar grasas de alto rendimiento, pero rápidamente biodegradables,
diseñadas para desaparecer en un medio acuoso y/o terrestre en menos de 21 días, tras un
derrame accidental; de grasas de grado alimentario, con mínima toxicidad, para estar en
contacto directo con los alimentos en una planta de producción y transformación, sin
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suponer un riesgo para el consumidor. Y también grasas térmicamente estables, para
climas tan extremos como el de la Siberia y/o el Desierto de Arizona.
Hoy se puede afirmar que trabajar con una grasa lubricante bien desarrollada y
seleccionada es garantía absoluta del buen estado de lubricación de cualquier elemento
de máquina (Cabello, 2013).
6. CLASIFICACIÓN DE LOS LUBRICANTES
Debido a la gran cantidad de lubricantes que se fabrican actualmente, se han desarrollado
clasificaciones o normas que delimitan el uso y la aplicación de los mismos. Estas normas
se van actualizando constantemente para adaptarlas a las continuas innovaciones
tecnológicas que se han incorporado en los motores.
Las clasificaciones de los lubricantes se realizan atendiendo a dos aspectos
fundamentales:
6.1. CLASIFICACIÓN POR SU VISCOSIDAD. Los aceites para motor se clasifican
en diferentes grados de viscosidad que definen su utilización según la temperatura a
la que se encuentra el motor. La clasificación más importante es la SAE.
6.2. CLASIFICACIÓN POR LAS CONDICIONES DE SERVICIO. Los aceites se
clasifican por las diferentes condiciones de servicio que tienen que soportar en el
motor según el tipo o las características técnicas del mismo. El aceite se somete a
estas condiciones en laboratorio o realizando pruebas sobre los motores en banco.
Las clasificaciones más importantes son:
API
ACEA
Militares
Fabricantes de Vehículos.
6.2.1. CLASIFICACIÓN SAE:
La clasificación SAE fue creada por la Society of Automotive Engineers (Sociedad
Norteamericana de Ingenieros del Automóvil).
Esta clasificación toma como referencia la viscosidad del aceite lubricante en función
de la temperatura a la que está sometido durante el funcionamiento del motor, por lo que
no clasifica los aceites por su calidad, por el contenido de aditivos, el funcionamiento o
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aplicación para condiciones de servicio especializado o el tipo de motor al que va
destinado el lubricante: de explosión o Diesel.
Establece una escala numérica de aceites de motor de 10 grados SAE, que comienza en
el grado SAE 0, indicativo de la mínima viscosidad de los aceites o de su máxima
fluidez. Conforme el número del grado va aumentando, la viscosidad se va haciendo
mayor y el aceite es más espeso.
Esta escala está dividida en dos grupos:
En el primer grupo la viscosidad se mide a una temperatura de - 18º C, lo que da una
idea de su viscosidad en condiciones de arranque en frío y está dividido en los seis
grados SAE siguientes: SAE 0W, SAE 5W, SAE 10W, SAE 15W, SAE 20W, y
SAE 25W. La letra W es distintiva de los aceites que se utilizan en invierno y
proviene del inglés (Winter). Estos grados indican la temperatura mínima de
utilización del aceite conservando su viscosidad para circular bien por las tuberías y
llegar a los lugares de engrase con rapidez y a la presión adecuada, facilitando el
arranque en frío. Por ejemplo: un aceite clasificado SAE 10W, permite un arranque
rápido en frío del motor hasta temperaturas mínimas de -20º C. El aceite SAE 15W
nos garantiza el arranque rápido del motor en frío hasta temperatura mínimas de -
15º C.
En el segundo grupo la viscosidad se mide a una temperatura de 100º C, lo que da
idea de la fluidez del aceite cuando el motor se encuentra funcionando en caliente.
En este grupo se establecen cuatro grados SAE como son: SAE 20, SAE 30, SAE
40 y SAE 50.
Los motores modernos son cada vez más rápidos y están construidos con menor
tolerancia de montaje entre las piezas, lo que requiere la utilización de aceites de
bajo grado SAE, con la fluidez suficiente para circular libremente y que formen
películas de espesor más fino manteniendo el grado de lubricación. Debido a esto,
los fabricantes cada vez recomiendan aceites multigrados de baja viscosidad como
son los aceites SAE 5W-30 y SAE 10W-40.
- ACEITES MONOGRADO.
Si consideramos cada uno de los grados SAE definidos anteriormente de forma
individual, obtenemos los denominados aceites monogrado ya que se designan por un
solo grado de viscosidad, que puede ser de invierno o de verano, e indica los márgenes
de temperatura dentro de los cuales, este aceite tiene un buen comportamiento.
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Los aceites monogrado son apropiados para su uso en zonas sometidas a pocos cambios
de temperatura ambiente a lo largo del año. Si existen cambios importantes de invierno a
verano, es necesario utilizar aceites de un grado SAE bajo para el invierno (SAE 10 W)
y otro aceite de grado SAE alto, para utilizar en verano (SAE 40).
Entre los aceites monogrado se encuentran los siguientes:
SAE 40. Usado para motores de trabajo pesado y en tiempo de mucho calor (verano).
SAE 30. Sirve para motores de automóviles en climas cálidos.
SAE 20. Empleado en climas templados o en lugares con temperaturas inferiores a 0º
C, antiguamente se utilizaba para el rodaje de motores nuevos. Actualmente no se
recomienda su uso.
SAE 10. Empleado en climas con temperaturas menores a 0º C.
Los aceites monogrado no son solicitados actualmente por ningún fabricante de
vehículos, dado lo limitado de su funcionamiento a diferentes temperaturas.
Solamente son utilizados en situaciones especiales como por ejemplo motores con
problemas de compresión, etc.
- ACEITES MULTIGRADO
Cuando existen cambios importantes en la temperatura ambiente de una zona o de un
país, se pueden utilizar también aceites multigrados, de forma que, con la utilización
de un solo aceite, se cubre el engrase del motor durante todo el año.
Estos aceites, se formulan para mantener estable la viscosidad frente a los cambios de
temperatura y cumplir con los requerimientos de más de un grado de esta clasificación
por lo que se pueden utilizar en un rango de temperaturas más amplio que los aceites
monogrado.
Estos aceites se identifican por dos grados SAE, pertenecientes uno a cada grupo de
los mencionados anteriormente, como por ejemplo: SAE 10W40. Esto indica que este
aceite se comporta como un SAE 10W cuando el motor se encuentra a bajas
temperaturas, manteniendo la fluidez adecuada y favoreciendo el arranque en frío del
motor, y como un SAE 40, más espeso, cuando el aceite del motor se encuentra entre
60º y 85º C durante el funcionamiento del motor.
17
Así para una mayor protección en frío, se deberá recurrir a un aceite que tenga el primer
número lo más bajo posible y para obtener mayor grado de protección en caliente, se
deberá incorporar un aceite que posea un elevado número para el segundo.
Los aceites multigrados presentan una serie de ventajas sobre los monogrado, por
ejemplo:
Son más estables ante los cambios de temperatura.
Llegan rápidamente a las piezas debido a su baja viscosidad en frío.
Permiten un arranque más rápido del motor en frío, con un menor desgaste del
mismo, mayor vida útil de la batería y del motor de arranque. Esto se comprueba
no solamente en climas fríos, sino también a temperaturas ambiente moderadas
como 20º C. La diferencia entre un multigrado y un monogrado en estos casos es
notoria ya que el primero establece la lubricación adecuada en la mitad de tiempo
que el segundo.
Eliminan la necesidad de cambios estacionales del aceite.
Presentan mejores prestaciones para el trabajo a bajas temperaturas ya que los
huelgos en los motores modernos son cada vez menores, el aceite debe fluir más
rápidamente para llegar a las piezas vitales del motor especialmente la lubricación
del turbocompresor.
También se comportan muy bien a altas temperaturas, con una película más
resistente a altas cargas que la de los aceites monogrado con una disminución del
desgaste general del motor.
Existe un ahorro importante de lubricante, ya que se logra un excelente sellado en
la zona entre los segmentos y el pistón reduciendo el paso de aceite hacia la cámara
de combustión, donde se quema tras lubricar el segmento superior.
Existe un ahorro de combustible debido a su mayor fluidez a bajas temperaturas
que reduce las pérdidas de energía en el arranque y a su mayor capacidad para
reducir la fricción en las zonas calientes y críticas del motor, gracias a los aditivos
estabilizadores del índice de viscosidad.
Mejoran sensiblemente la oxidación por degeneración.
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6.2.2. NIVELES API Y CARACTERISTICA DE LOS ACEITES
La calidad del aceite se mide principalmente en dos categorías de servicio: de acuerdo
a la norma americana, API (American Petroleum Institute), y de acuerdo a la norma
europea, ACEA (Asociación de Constructores Europeos de Automóviles). ¿Cómo
identificar los aceites según estas normas?
El grado API es más fácil de observar, ya que se forma con dos letras, la "S" (stock
o chispa) en primer lugar nos indica que es un aceite apto para bencineos, la segunda
letra corre en orden alfabético de la "A" a "M" y a medida que pasamos de una letra
a la otra el grado del aceite es superior y puede reemplazar a la otra.( Ejm. Un aceite
con un API "SA" es de inferior calidad que uno con un API "SB" y así sucesivamente).
Cuando en el grado API la primer letra es una "C" (compresión), estamos frente a
un aceite apto para motores diésel , la segunda letra corre por orden alfabético de la
"A" a la "J" Con el agregado de los números 2 y 4, estos indican que el aceite es apto
para 2 o 4 tiempos (Ej. CF-4,CF-2).
- API PARA VEHÍCULOS A GASOLINA
Nivel API "SA", evitemos este aceite ya que carece de propiedades, lo llamamos
normal o común. (No apto para motores fabricados después del año 1930)
Nivel API "SB", año 1930: Con poca protección antidesgaste. (No apto para
motores fabricados después del año 1951)
Nivel API "SC", año 1964: En este aceite ya se incorporan aditivos dispersantes
en poca cantidad. Puede usarse en periodos muy cortos de 3000 o 4000 km en
vehículos de modelos viejos. (No apto para motores fabricados después del año
1967)
Nivel API "SD", año 1968: Misma característica del anterior, solo que en este se
incorpora antidesgaste e inhibidor de corrosión. (No apto para motores fabricados
después del año 1971)
Nivel API "SE", año 1972: Este API sigue siendo similar a los dos anteriores,
incorporándose aditivos inhibidores de corrosión, antiespuma y antidesgaste. (No
apto para motores fabricados después del año 1979)
Nivel API "SF", año 1980: Este API incorpora mayor protección a la oxidación
del aceite, más protección antidesgaste. Puede usarse en motores tradicionales
entre 4000 y 5000 km, dentro de una aplicación moderada. (Para motores del año
1988 y anteriores)
19
Nivel API "SG", año 1989: En este API encontramos que el aceite mejora el
control sobre la oxidación del aceite y el desgaste con respecto al anterior. Puede
usarse en motores de condición moderada, a carburador en periodos de 4000 a
5000 km (Para motores del año 1993 y anteriores)
Nivel API "SH", año 1993: Mejor protección que el nivel anterior. Puede usarse
en motores con carburador o inyección por periodos de entre 4000 o 5000 km
(Para motores del año 1996 y anteriores)
Nivel API "SJ", año 1996: En este API se introdujo, aparte de controlar los
depósitos de residuos de carbón herrumbre y desgaste, más fluidez en bajas
temperatura, mas protección en alta revoluciones y menor consumo de aceite.
Puede usarse en motores con carburador e inyección por periodos de 5000 km
(para motores del año 2001 y anteriores)
Nivel API "SL", año 2001: Este API nos indica que este aceite fue desarrollado
para proveer de superior resistencia antioxidante a altas temperaturas mejorando
el arranque en frío, reduciendo el desgaste de las piezas del motor más
comprometidas, y economizando combustible. Puede usarse en todo tipo de motor
con carburador e inyección por periodos de 5000 a 8000 km (para motores del año
2004 y anteriores)
Nivel API "SM", año 2004: Este API fue definido para los aceites destinados a
los motores de última generación y los anteriores, tanto como vehículos de
pasajeros y particulares, de máxima protección en arranque en frío, limpieza
interna del motor, antidesgaste, brinda mayor resistencia contra la oxidación y
economía de combustible.
- API PARA VEHÍCULOS PETROLEROS
Nivel API "CA", año 1940: Un aceite de muy pocas prestaciones para cualquier
tipo de motor. (No apto)
Nivel API "CB", año 1949: Si bien en este año se mejoró el control sobre los
depósitos y desgaste, hoy es un aceite no apto.
Nivel API "CC", año 1961: Para motores de aspiración natural, turbo o
sobrealimentados de la época. Aceite muy pobre para los motores de hoy. (No
apto)
Nivel API "CD", año 1955: Con las mismas prestaciones que la anterior con
algunas mejoras en antidesgaste. (No apto)
20
Nivel API "CE", año 1983: Aceite para motores de aspiración natural, turbos o
sobre alimentados con más control sobre el depósito de carbón y espesamiento del
aceite por oxidación y desgaste. Puede usarse en motores con tarea liviana y la
duración es de 4000 km. Puede utilizarse en lugar de los aceites CC y CD.
Nivel "CF-4", año 1990: Aceite para motores de alta velocidad, de aspiración
natural o turboalimentados de uso pesado especialmente en rutas. Puede utilizarse
en lugar de los aceites CD y CE.
Nivel API "CF", año 1994: Aceite destinado a motores todo terreno, de
aspiración indirecta y diésel turbo o sobrealimentados. Si bien, mejora la limpieza
sobre los pistones, menos degaste del motor y puede usarse combustible con
diferente contenido de azufre; supera al API "CD" pero no reemplaza al "CE".
Nivel API "CG-4", año 1995: Este es un aceite para motores diésel de trabajo
intenso, de alta velocidad mejorando la limpieza del motor, menos consumo de
aceite, menor desgaste en las partes más exigidas y apto para el uso de combustible
con menos azufre. Puede utilizarse en lugar de los aceites "CD", "CE" y "CF-4".
Nivel API "CH-4", año 1998: Aceite para motores diésel de alta velocidad de
uso severo, que soporta el uso de combustible con poco o mucho azufre,
mejorando mucho el control de la limpieza del motor, resistencia a la oxidación
del aceite y evitando el excesivo desgaste del motor. Puede utilizarse en lugar de
los aceites "CD", "CE" y "CF-4" y "CG-4".
Nivel API "CI-4", año 2002: Comparado con los anteriores, este aceite ha
mejorado mucho en el cuidado del motor reduce el desgaste, mejora la limpieza
de los depósitos sobre los pistones, mejorando el arranque en frío sobre todo en
vehículos de alta velocidad. Estos aceites están formulados para proteger la
durabilidad del motor cuando se utiliza la recirculación de gases de escape (EGR).
Puede utilizarse en lugar de los aceites "CD", "CE" y "CF-4" y "CG-4" y "CH-4".
Algunos aceites "CI-4" también pueden calificar para la designación CI-4 PLUS.
Nivel API "CJ-4", año 2006: Es, hasta el momento el más alto API de aceite para
diésel. Está destinado a motores de alta velocidad están compuestos para soportar
todas las calidades de combustible. (Cuanto mejor calidad de combustible, más se
alarga la vida útil del aceite y la duración de nuestro motor). Los aceites "CJ-4"
son eficaces en la protección de la durabilidad del sistema de control de emisiones
cuando se emplean filtros de partículas y otros sistemas de pos tratamiento
avanzados. La protección es óptima en el control del envenenamiento catalítico,
bloqueo de filtros de partículas, desgaste del motor, formación de depósitos en
21
pistones, estabilidad a baja y alta temperatura, propiedades en el manejo del hollín,
espesamiento oxidativo, formación de espuma, y pérdida de viscosidad debido a
corte. Los aceites API "CJ-4" superan los criterios de desempeño de API "CI-4"
con "CI-4 PLUS", "CI-4", "CH-4", "CG-4" y "CF-4" y pueden lubricar
eficazmente motores que requieren esas Categorías de Servicio API. Al utilizar
aceite "CJ-4" con combustible que contenga más de 15 ppm de azufre, consulte al
fabricante del motor para el intervalo de servicio.
7. LUBRICACIÓN EL DISEÑO DE MÁQUINAS
7.1. COJINETES Y RODAMIENTOS
Los cojinetes de fricción son elementos importantes en todo motor de explosión. Por
esto, su desarrollo está estrechamente vinculado con el de los motores. Las complejas
exigencias y las cada vez más elevadas cargas a las que son sometidos los cojinetes de
las partes móviles de un motor, como son los cigüeñales, las bielas, los empujadores y el
eje de levas, obligan hoy en día a la utilización de materiales perfectamente adaptables a
la aplicación requerida. Las numerosas combinaciones de materiales disponibles,
permiten a los ingenieros elegir la configuración más adecuada para cada cojinete en
particular.
7.2. TIPOS DE COJINETES Y DENOMINACIONES
7.2.1 COJINETES LISOS
Los cojinetes lisos se utilizan tanto para cojinetes de biela como para cojinetes
principales. Se trata, en la mayoría delos casos, de medios cojinetes finos bi o
trimetálicos.
En los cojinetes bimetálicos, el dorsal de acero está plaqueado de metal antifricción,
mayormente aluminio con estaño y cobre como aditivos.
En el caso de los cojinetes trimetálicos, el metal antifricción - cobre con plomo y estaño
como aditivos - viene aplicado sobre el dorsal de acero mediante colada o mediante
sinterizado - laminado -sinterizado. Una barrera de níquel (barrera de difusión) separa el
metal antifricción de la capa de deslizamiento galvánica.
22
7.2.2 LOS RODAMIENTOS
Los rodamientos son piezas de acero aleado con cromo, manganeso y molibdeno, para
facilitar la ejecución de rigurosos tratamientos térmicos y obtener piezas de gran
resistencia al desgaste y a la fatiga. En la selección de los materiales, deben tomarse en
consideración las temperaturas de operación y una adecuada resistencia a la corrosión.
El material para las jaulas ha evolucionado en forma importante actualmente se utilizan
aceros, metales de bajo roce y poliamida.
Otra característica de los rodamientos es la exactitud de sus dimensiones cada parte
detener tolerancias muy estrechas para un satisfactorio funcionamiento del conjunto.
- Partes de un rodamiento
Figura 3. Partes de un Rodamiento
Existen rodamientos de muy variados tipos para adecuarse a las diversas aplicaciones,
es muy importante escoger el rodamiento preciso, tomando la decisión en base a
criterios tales como: costo, facilidad de montaje, vida útil, dimensiones generales,
simpleza del conjunto, disponibilidad de repuestos y tipo de lubricación.
Básicamente hay tres formas de clasificar los rodamientos:
Según la dirección de la carga que mejor soportan:
Rodamientos radiales: Son aquellos que están diseñados para resistir cargas en
dirección perpendicular al eje. Constan en forma general de tres piezas: Un aro
exterior, un aro interior y un elemento rodante con algún tipo de canastillo o jaula.
Por ejemplo, las ruedas de un carro se apoyan en el suelo y reciben la carga en el eje,
de esta forma los rodamientos de las ruedas trabajan bajo carga radial.
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Figura 4. Rodamientos Radiales.
Rodamientos axiales: Son aquellos que están diseñados para resistir cargas en la
misma dirección del eje.
Constan en forma general de tres piezas: Un aro superior, un aro inferior y un
elemento rodante con algún tipo de canastillo. Por ejemplo, pensemos en un carrusel,
el peso total de esta máquina actúa verticalmente hacia el suelo y debe rotar en torno
a un eje vertical al suelo, en esta aplicación debe utilizarse un rodamiento axial de
gran diámetro, cuyo aro superior sostenga al carrusel y cuyo aro inferior se apoye en
el suelo.
Figura 5. Rodamientos Axiales
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Rodamientos de contacto angular: Son una mezcla delos casos anteriores, se
basan en un rodamiento similar al radial con un diseño especial de los aros exterior
e interior para soportar cargas axiales mayores que un rodamiento radial simple.
Sus aplicaciones son muy amplias, debido a que un eje siempre puede desarrollar
cargas eventuales en una dirección inesperada y debido al ahorro que se genera al
colocar un solo rodamiento para hacer el trabajo de dos.
Figura 6. Rodamientos de contacto angular.
7.3.1. ELEMENTO RODANTE
Existen diversos elementos rodantes que varían según las aplicaciones. El más común
son las bolas de rodamiento, muy útiles para cargas livianas y medianas. Para cargas
mayores se utilizan rodillos y barriletes. Finalmente en cargas axiales se utilizan conos.
Algunas aplicaciones en donde el espacio es reducido se usan agujas, que son cilindros
largos con diámetros pequeños.
Al catalogar un rodamiento es útil entregar una información completa, indicando los tres
conceptos anteriores, por ejemplo:
Rodamiento radial rígido de bolas, rodamiento radial rotulado de barriletes, rodamiento
axial rígido de conos. Afortunadamente los fabricantes de rodamientos han mantenido
una numeración estándar en todas las marcas, permitiendo una identificación sencilla de
los rodamientos en base a un número y en ocasiones acompañado de unas letras.
25
Figura 7. Elementos rodantes.
Para que los rodamientos funcionen de un modo fiable, deben estar adecuadamente
lubricados con el fin de evitar el contacto metálico directo entre los elementos rodantes,
los caminos de rodadura y las jaulas. El lubricante también evita el desgaste y protege
las superficies contra la corrosión. Por tanto, la elección del lubricante y el método de
lubricación adecuado para cada aplicación, así como el mantenimiento adecuado, son de
gran importancia.
Las temperaturas de funcionamiento más favorables se obtienen cuando el rodamiento
se suministra con la cantidad mínima de lubricante necesaria para proporcionar una
lubricación fiable. Sin embargo, cuando el lubricante tiene funciones adicionales que
realizar, como obturar o extraer el calor del rodamiento, entonces se necesitan mayores
cantidades.
El lubricante en una disposición de rodamientos, pierde gradualmente sus propiedades
de lubricación a causa del trabajo mecánico, el envejecimiento y la acumulación de
contaminación. Por tanto, es necesario añadir o renovar la grasa y filtrar y cambiar el
aceite a intervalos regulares.
7.3.2. ENGRANAJES
Uno de los problemas principales de Ingeniería Mecánica es la transmisión de
movimiento, entre un conjunto motor y máquinas conducidas. Desde épocas muy
remotas se han utilizado cuerdas y elementos fabricados de madera para solucionar los
problemas de transporte, impulsión, elevación y movimiento.
El inventor de los engranajes en todas sus formas fue Leonardo da Vinci, quien a su
muerte en Francia de 1519, dejó para nosotros sus valiosos dibujos y esquemas de
muchas de los mecanismos que hoy utilizamos diariamente.
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La forma más básica de un engrane es una pareja de ruedas, una de ellas provistas de
barras cilíndricas y la otra formada por dos ruedas unidas por barras cilíndricas.
Los engranes propiamente tales son ruedas provistas de dientes que posibilitan que dos
de ellas se conecten entre sí. Leonardo nos entrega el siguiente esquema en donde se
indican los tres diámetros que definen el tamaño del diente.
Clasificación
Los engranes se clasifican en tres grupos:
Engranajes Cilíndricos (para ejes paralelos y que se cruzan)
Engranajes Cónicos (para ejes que se cortan y que se cruzan)
Tornillo sin fin y rueda helicoidal (para ejes ortogonales)
El proceso de fabricación es el maquinado con fresas u otro mecanismo de corte,
dependiendo del tamaño del engrane. En la figura se aprecia un engrane cilíndrico de
diente helicoidal de gran tamaño, durante el proceso de maquinado de dientes.
Figura 8. Engranajes.
Engranajes cilíndricos
Se fabrican a partir de un disco cilíndrico, cortado de una plancha o de un trozo de barra
maciza redonda. Este disco se lleva al proceso de fresado en donde se retira parte del
metal para formar los dientes. Estos dientes tienen dos orientaciones: dientes rectos
(paralelos al eje) y dientes helicoidales (inclinados con respecto al eje).
Los engranajes de diente recto son más simples de producir y por ello más baratos, la
transmisión del movimiento se realiza por medio de los dientes, quienes se empujan sin
27
resbalar. En el caso de los dientes helicoidales los dientes se empujan y resbalan entre sí,
parte de la energía transmitida se pierde por roce y el desgaste es mayor. La ventaja de los
helicoidales es la falta de juego entre dientes que provoca un funcionamiento silencioso y
preciso.
Figura 9. Engranajes cilíndricos.
Engranajes cónicos
Se fabrican a partir de un trozo de cono, formándoselos dientes por fresado de su superficie
exterior. Estos dientes pueden ser rectos, helicoidales o curvos. Esta familia de engranajes
soluciona la transmisión entre ejes que se cortan y que se cruzan. En las figuras se aprecian
un par de engranes cónicos para ejes que se cortan y un par de engranes cónicos hipoidales
de diente curvo para ejes que se cruzan.
Figura 10. Engranajes cónicos.
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Tornillo sin fin rueda helicoidal
Este mecanismo se compone de un tornillo cilíndrico o hiperbólico y de una rueda
(corona) de diente helicoidal cilíndrica o acanalada. Es muy eficiente como reductor de
velocidad, dado que una vuelta del tornillo provoca un pequeño giro de la corona.
Es un mecanismo que tiene muchas pérdidas por roce entre dientes, esto obliga a utilizar
metales de bajo coeficiente de roce y una lubricación abundante, se suele fabricar el
tornillo (gusano) de acero y la corona de bronce. En la figura de la derecha se aprecia un
ejemplo de este tipo de mecanismo.
Figura 11. Tornillo sin fin.
7.3.3. LUBRICACIÓN DE CILINDROS
Lubricación es el nombre del método utilizado para evitaren lo posible el contacto directo
entre dos piezas que se mueven una respecto a la otra, reduciendo la fricción, lo cual se
consigue interponiendo una fina película de lubricante entre estas piezas.
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El sistema de lubricación tiene como función mantener y renovar de forma continua esta
película, y además refrigerar mediante el propio lubricante las partes del motor a las que
no puede acceder el sistema de refrigeración.
El depósito o sumidero del aceite (el cárter de los automóviles) está localizado en la parte
baja del motor. Una bomba, accionada por el motor, cuya toma de entrada está sumergida
en el depósito, toma el aceite y lo envía a presión, pasando por un filtro, a los elementos
a lubricar mediante una serie de conductos internos del motor. Estos conductos, además
de depositar el aceite en los sitios necesarios, se comunican con la mayoría de los ejes
giratorios (cigüeñal, árbol de levas, etc.) y otros elementos (bielas, bulones de pistón, etc.)
permitiendo su lubricación. Una vez cumplida su función, el aceite vuelve al depósito o
sumidero por su propio peso. Una válvula, regulada de fábrica, sirve para mantener la
presión constante y para evitar que un exceso de presión dañe algún conducto o pieza.
Por encima de una cierta presión, la válvula se abre para que el aceite causante de la
sobrepresión vuelva al depósito en lugar de integrarse en el sistema de lubricación; una
vez la presión tiene valores normales la válvula se cierra permitiendo al aceite circular
por el sistema.
7.3.4. CADENAS
Las cadenas son usadas para transmitir potencia en una amplia variedad de aplicaciones.
Las cadenas están compuestas por un gran número de eslabones, los que se comportan
como cojinetes de fricción sometidos a cargas de compresión. Adicionalmente existe el
deslizamiento de los bujes de la cadena sobre las superficies de fricción.
Las cadenas de oruga no se lubrican para no acumular elementos contaminantes, mientras
que las cadenas articuladas y metálicas se lubrican con aceites muy livianos y fácilmente
lavables. Si se trata de cadenas silenciosas y de rodillos estas se lubrican de manera
similar a la de los cojines planos. Existen cinco tipos de cadenas que son:
De rodillos
Articuladas
Orugas
Metálicas planas
Silenciosas
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7.3.5. LEVAS Y TAQUES
Los motores modernos son lubricados ya sea mediante un sistema de circulación
alimentado a presión o mediante una combinación de alimentación a presión y
salpicadura. En un sistema completamente a presión, el aceite se pasa por un filtro antes
de pasar a la bomba del aceite que es movida por el árbol de levas. El aceite proveniente
de la bomba se divide en dos o más flujos; uno de ellos entra al filtro y regresa al depósito
de aceite, un segundo flujo va hasta los cojinetes principales y mediante conductos
taladros a graves de los brazos del cigüeñal hacia los cojinetes de las bielas, un tercer flujo
continua hasta los cojinetes del cigüeñal; puede llegar un cuarto flujo a una flecha hueca
que soporta a los balancines y él levantaválvulas.
El aceite que escurre por él alza válvulas lubrica los balancines y las levas. Las paredes
del cilindro reciben suficiente aceite de los sobrantes por exceso provenientes de los
cojinetes de las bielas. Por esto, un cojinete de biela flojo puede sobrecargar a lo anillos
que controlan el aceite, como para que surja una falla en la bujía.
En vista de que es costoso el barrenado del cigüeñal y delas bielas, se pueden colocar
debajo de cada biela, cavidades que se mantendrán llenas de aceite proveniente de la
bomba. Una saliente en el extremo de la biela, se sumerge en la artesana y forma un rocío
de aceite para lubricar el cojinete de la biela, las paredes del cilindro y el pasador del
embolo.
Figura 12. Levas y taques.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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aplicaciones. Recuperado el 13 de Abril de 2015, de
http://www.interempresas.net/Mantenimiento/Articulos/113067-Grasas-
lubricantes-caracteristicas-ventajas-y-aplicaciones.html
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Santos Martinez, E. (1992). Lubricación Industrial. Tesis de maestría, Universidad
Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica. Obtenido
de http://cdigital.dgb.uanl.mx/te/1020074593.pdf
