Tecnología de Lubricantes

Sebastian Valdivia LizanaIngeniero en Máquinas y Vehículos Automotrices.

Lubricantes – Aceites Minerales

Petróleo crudo

Destilación ACEITES Productos Gaseosos Laboratorio SINTETICOS Gasolinas Kerosenes ACEITESAceites Lubricantes Refinación BÁSICOS (80-85%)Petróleos Combustibles Productos Asfálticos ADITIVOS

(20-15%)

AditivosSon compuestos químicos cuyas funciones principales son:

• Limitar el deterioro del lubricante

• Proteger las superficies

• Mejorar las propiedades del lubricante o proporcionarle otras nuevas

Aditivos

Tipos De Aditivos

Limitar deterioroLubricante

Proteger Superficie

Mejorar Propiedades Lubricante (Desempeño)

Antioxidantes

Antiespumantes

Demulsificantes

Agente antidesgaste

Modificadores deFricción

Detergentes Dispersantes

Agentes Extrema Presión (EP)

Depresor del PuntoDe Fluidez

Mejorador de Índice De Viscosidad

Agentes deAdhesividad

Emulsificantes

¿ Con qué lubricamos ?

• Con una sustancia o materia no abrasiva que introducida entre dos superficies en movimiento tiende a separarlas.

• Tipos de lubricantes:

- Sólidos: Grafito.

- Semi sólidos: Grasas

- Líquidos: Aceites

- Gaseosos.

Funciones de un lubricante

• Reducir el desgaste.• Reducir la fricción.• Refrigerar.• Sellar.• Proteger contra la oxidación.• Obtener movimientos uniformes.• Evitar el ruido, como medio amortiguador y aislante.• Transmitir potencia.• Remover o atrapar contaminantes.

PROLONGAR LA VIDA ÚTIL DE LOS EQUIPOS

Características Físico Química de los Lubricantes

• Viscosidad cst (40ºC y a 100ºC)• Índice de Viscosidad• Punto de Escurrimiento – Punto Minimo de Fluidez• Punto de Inflamación.• Color• TBN• TAN

Viscosidad

• ES LA RESISTENCIA INTERNA DE UN LIQUIDO A FLUIR.

• ES EL ESPESOR QUE TIENE UN ACEITE.

Los grados de viscosidad son números:

- si el número es alto el aceite es “grueso”, viscoso

Ejemplo: 20W50 – SAE 60

- si el número es bajo el aceite es mas “delgado”

Ejemplo: 10W30 – SAE 20

Viscosidad

Temperatura vs. Viscosidad

• La viscosidad varia inversamente con la temperatura, es decir, si la temperatura aumenta la viscosidad baja y viceversa.

• El índice de Viscosidad (IV) es un número empírico (sin medida) que indica el efecto de variación de la viscosidad del aceite con la temperatura.

Punto de Escurrimiento – Punto Minimo de Fluidez.

• Temperatura a la cual un aceite deja de fluir por gravedad.

Aceite de Relleno Ej.: Motor Oil SAE 50

-9ºC

Aceite Multigrado Ej.: SAE 5W50 (100% Sintético)

-54 ºC

Punto de Inflamación

• Temperatura a la cual se inflaman los vapores desprendidos del aceite.

Todos soportan sobre los 200 ºC

Color

• Se determina por comparación de acuerdo a norma ASTM D-1500

- La escala va desde 0 (transparente) hasta 8 (negro)

TBN (Total Basic Number)

• Reserva alcalina que tienen los aceites para contrarrestar los ácidos (H2SO4 – H2SO3) producidos por el azufre (S) del petróleo.

• Cantidad de hidróxido potásico (KOH) en mg necesaria para neutralizar todos los ácidos de una muestra de 1 gramo de aceite.

Caterpillar recomienda que el TBN de un aceite tiene que ser 20 veces el % de azufre.

TAN (Total Acid Number)

Reserva ácida que tienen los aceites para contrarrestar los productos básicos (KOH)

Cantidad de ácido clorhídrico (HCl) en mg necesaria para neutralizar los componentes alcalinos de una muestra de 1 gr. de aceite. Se utiliza en aceites de motor.

Clasificación y Especificaciones de Aceites Lubricantes

Organismos Clasificadores

• MOTORES – TRANSMISIONES – DIFERENCIALES

SAE :Sociedad de Ingenieros Automotrices.

API :Instituto Americano del Petróleo.

• IDUSTRIALES

ISO :Organización Internacional de Estándares

• GRASAS

NGLI :Instituto Nacional de Grasas Lubricantes

Grados de Viscosidad SAE para aceites de motor

0W

5W

10W

15W

20W

25W

20

30

40

50

60

W : Winter (Invierno)

Aceites de Motor

Monogrados: Un solo grado de viscosidad.

SAE 30, SAE 40, etc.…

Multigrados: Dos grados de viscosidad

SAE 15W40, SAE 20W50

¿Cuál es la diferencia más importante?

Un multigrado puede ser usado en una gama más amplia de temperaturas.

Características de los Aceites de Motor

Multigrados

SAE 5W50

SAE 10W30

SAE 20W50

Tº Mínima

-54

-27

-25

Tº Máxima

Todos

Sobre

Los 200 ºC

Viscosidad 40º C cst.

102

84

158

Monogrados

SAE 30

SAE 40

SAE 50

-15

-12

-9

Todos

Sobre

Los 200 ºC

95

171

220

Calidad API para aceites de motor

• Ciclo Otto “S” : spark = Bujía.

SA: Sin aditivos

SB: Aditivos Antioxidantes – antidesgaste

SC: Requisito fabricantes de motor año 64/67

SD: Requisito fabricantes de motor año 68/71

SE: Requisito fabricantes de motor año 72/79

SF: Requisito fabricantes de motor año 80/88

SG: Requisito fabricantes de motor año 89/93

SH: Requisito fabricantes de motor año 93/96

SJ: Requisito fabricantes de motor año 97

SL: Requisito fabricantes de motor año 2002

• Ciclo Diesel “C” : Combustion by Compression

CA: Trabajo Ligero

CB: Trabajo moderado

CC: Trabajo Severo

CD: Motores turbo cargados trabajo severo

CD II: Motores de 2 tiempos trabajo severo.

CE: Trabajo severo, motores turbo cargados.

CF: Motores inyección directa o indirecta.

CF-2: Motores de 2 tiempos.

CF-4: Motores sobrealimentados turbocargados.

CG-4: Motores 4 tiempos.

CH-4: Motores 4 tiempos.

CI-4: 2002

Calidad API para aceites de motor

ACEITES INDUSTRIALES

Aceites Industriales• Compresores de Aire• Compresores de Refrigeración• Engranajes Cerrados• Engranajes Abiertos• Transferencia de calor• Sistemas Hidráulicos y de Circulación• Herramientas Neumáticas• Textiles• Máquinas de Vapor• Turbinas• Protectores de Oxidación Exterior• Diesel, Marinos, Ferroviarios• Productos de Proceso

El organismo clasificador es la ISO (VG)

ISO : Organización Internacional de Estándares

VG : Viscosity Grade

Existe desde un ISO VG 2 a un 1500

Aplicaciones más comunes:

ISO VG 2 a 32 Sistemas Neumáticos – Textiles

ISO VG 32 a 100 Sistemas Hidráulicos – Turbinas

Compresores

ISO VG 100 a 1500 Sistemas de Engranajes.

Aceites Industriales

Aceites Industriales Sistemas Hidráulicos

Fundamentos:

Sistema que permite la transmisión de potencia por medio de un fluido.

Neumático Medio Gaseoso.

Hidráulico Medio Liquido.

Ventajas:

• Transmisión de fuerza en cualquier dirección, a gran distancia y con pequeñas perdidas.

• Permite un control continuo de la variación de la velocidad.

• Reversibles.• Eliminación de mecanismos complejos.• Fluido no esta sujeto a fallas mecánicas.


Desventajas:

• Sensibles a la contaminación.• Fugas de Líquidos.• Pueden ser inflamables en algunos casos.


Componentes:

• Estanque.• Bomba.• Válvulas de control.• Actuadores (cilindros)• Líneas de conexión.• Fluidos hidráulico.


Fluido Hidráulico

• Medio de transmisión de potencia (trabajo)• Proveer sello viscoso• Mantener la presión• Medio de transferencia de calor• Lubricación de mecanismos



Fluido Hidráulico

• Viscosidad adecuada• Protección contra el desgaste• Estabilidad térmica• Protección contra la oxidación• Resistencia a la formación de espuma• Resistencia a la entrada de aire• Incompresible• Buena demulsibilidad

Aceites Industriales Sistemas de Engranajes

• Reducir o aumentar las velocidades

• Transmitir potencia

• Cambiar de dirección los movimientos


• Encerrados

• Abiertos

• Rectos• Cónicos• Helicoidales• Sinfín corona

• Encerrados

Permiten lubricaciones centralizadas

Amplio rango de cargas, velocidades, temperaturas.

• Abiertos

Movimientos largos y lentos

Usualmente del tipo rectos

Lubricación una vez por vuelta

Lubricantes de altas viscosidades para evitar pérdidas por fuerza centrífuga


Elección del lubricante:• Tipo de engranajes• Velocidad• Relaciones de reducción• Temperatura de operación• Potencias transmitidas• Metalúrgica de piñones• Cargas de trabajo• Tipos de transmisiones• Métodos de aplicación


Lubricantes para la Industria Alimenticia

Lubricantes para la industria Alimenticia

¿Qué son los Lubricantes Alimenticios?

Un lubricante “sanitario” es un aceite, que en forma incidentalpuede tener inevitablemente contacto con alimentos y/oproductos farmacéuticos. Para ello, deben cumplir con los Requisitos que se mencionan a continuación.

REQUISITOS PARA UN LUBRICANTE SANITARIO.

Cumplir con las regulaciones alimenticias Ser fisiológicamente inerte Ser inodoro y sin sabor Tener aprobación internacional (Ej. FDA)

Grasas Lubricantes

¿Qué es una grasa lubricante?

• Es un compuesto sólido a semisólido, obtenido por la dispersión de un agente espesante (jabón), en un aceite mineral o sintético.

Grasa = aceite base + aditivos + espesante (jabón)

90 % 10 %

Los Jabones más usados son los de Litio o Complejo de Litio si las condiciones operativas son muy severas

Características típicas

• CONSISTENCIA Dureza relativa

• PUNTO DE GOTEO Tº Máxima que soporta

• ADHESIVIDAD Propiedad de pegarse

• COLOR Para no equivocarse en las

aplicaciones, y varia de cada

fabricante.

Clasificación de las Grasas• Según su consistencia

Grado NGLI: desde 000 hasta 6

Nº NGLI Penetración ASTM

Trabajada @ 25ºC

Consistencia

000

00

0

1

2

3

4

5

6

445-475

400-430

355-385

310-340

265-295

220-250

175-205

130-160

85-115

Liquida

Semi Liquida

Muy Blanda

Blanda

Firme

Muy Firme

Semi Dura

Dura

Extra dura

¿Qué debemos exigir a una grasa lubricante?

• Una adecuada lubricación:- Reducción de la fricción. - Minimizar los desgastes.

• Proteger de la corrosión. • Propiedades sellantes: Debe evitar la entrada de

sustancias no deseadas, al mecanismo, como: - Agua - Otras materias contaminantes: Polvo, agentes químicos, etc.

• Tenacidad: Resistencia a cambios estructurales o de consistencia. Buena resistencia mecánica.

• Resistencia al centrifugado y a la pérdida de fluido. • Compatibilidad con materiales sellantes. • Características adecuadas para la aplicación

requerida.

Propiedades y componentes de las grasas

• Viscosidad: La viscosidad es una de las propiedades mas importantes de un líquido y mas rápidamente observada. Es una medida de rozamiento que acontece entre las diferentes capas cuando un líquido se pone en movimiento.

• Estabilidad mecánica: Ciertas grasas, particularmente las líticas de los tipos antiguos, tienen una tendencia para ablandarse durante el trabajo mecánico, pudiendo dar lugar a pérdidas.

• Miscibilidad: En los reengrases, hay que tener el máximo cuidado de no usar grasas diferentes a las originales. De hecho hay tipos de grasas que no son compatibles; si dos de estas grasas se mezclan, la mezcla resultante tiene normalmente una consistencia más blanda que puede causar la pérdida de grasa y fallo en la película lubricante.

Propiedades y componentes de las grasas

Bases y jabones• Bases parafínicas: Son relativamente estables a altas

temperaturas, pero por el alto contenido de parafinas que poseen, no funciona satisfactoriamente a bajas temperaturas.

• Bases nafténicas: Es una base lubricante que determina la mayor parte de las características de la grasa, tales como: viscosidad, índice de viscosidad (I.V.), resistencia a la oxidación (tan) y punto de fluidez.

• Saponificación: Es un proceso por medio del cual una grasa (o algún otro compuesto de un ácido con alcohol) reacciona con un álcali (compuesto que neutraliza la acidez de la grasa), para formar un jabón, glicerina u otro alcohol.

Aditivos y modificadores

• Aditivos para las grasas: Los aditivos y modificadores mas comúnmente usados en las grasas lubricantes son los inhibidores de oxidación y de herrumbre, los depresores del punto de fluidez, los agentes de extrema presión, los modificadores de fricción y algunos colorantes y pigmentos. Para obtener una grasa con propiedades especiales, se incluyen a menudo uno o más aditivos.

• Los aditivos antidesgaste mejoran la protección que la propia grasa ofrece. Es especialmente importante que el equipo en contacto esté bien protegido contra la oxidación si funciona en ambientes húmedos.

• Los antioxidantes retrasan la descomposición del aceite base a alta temperatura. Esto da lugar a mayores intervalos de relubricación, manteniendo bajos los costos.

• Los aditivos EP (extrema presión), por ejemplo jabones de plomo y compuestos de azufre, cloro o fósforo, aumentan la capacidad de carga de la película.

• Los estabilizadores hacen posible el espesado de aceite base con jabones con los que no forma compuestos fácilmente. Generalmente, sólo se precisa poca cantidad, por ejemplo, la grasa cálcica tiene un 1 a 3% de agua como estabilizador.

Aditivos y modificadores

Espesantes especiales

Son jabones metálicos o complejos de jabón, siendo los mas utilizados los siguientes:

• Jabón de calcio• Jabón de sodio• Jabón de litio• Complejo de calcio• Complejo de jabón calcio – plomo• Complejo de litio• Poliurea• Arcillas• Bentonita• Sílice coloidal

Tipos de grasas• Grasas cálcicas (Ca): Tienen una estructura suave, de

tipo mantecoso, y una buena estabilidad mecánica. No se disuelven en agua y son normalmente estables con 1-3% de agua. En otras condiciones el jabón se separa del aceite de manera que la grasa pierde su consistencia normal y pasa de semilíquida a líquida. Por eso no debe utilizarse en mecanismos cuya temperatura sea mayor a 60ºC. Las grasas cálcicas con aditivos de jabón de plomo se recomiendan en instalaciones expuestas al agua a temperaturas de hasta 60ºC, Algunas grasas de jabón calcio-plomo también ofrecen buena protección contra el agua salada, y por ello se utilizan en ambientes marinos.

• Grasas sódicas (Na): Las grasas sódicas se pueden emplear en una mayor gama de temperaturas que las cálcicas. Tienen buenas propiedades de adherencia y obturación. Las grasas sódicas proporcionan buena protección contra la oxidación, ya que absorben el agua, aunque su poder lubricante decrece considerablemente por ello. En la actualidad se utilizan grasas sintéticas para alta temperatura del tipo sodio, capaces de soportar temperaturas de hasta 120ºC.

Tipos de grasas

• Grasas líticas (Li): Las grasas líticas tienen normalmente una estructura parecida a las cálcicas; suaves y mantecosas. Tienen también las propiedades positivas de las cálcicas y sódicas, pero no las negativas. Su capacidad de adherencia a las superficies metálicas es buena. Su estabilidad a alta temperatura es excelente, y la mayoría de las grasas líticas se pueden utilizar en una gama de temperaturas más amplia que las sódicas. Las grasas líticas son muy poco solubles en agua; las que contienen adición de jabón de plomo, lubrican relativamente, aunque estén mezcladas con mucho agua. No obstante, cuando esto sucede, están de alguna manera emulsionadas, por lo que en estas condiciones sólo se deberían utilizar si la temperatura es demasiado alta para grasas de jabón de calcio-plomo, esto es, 60ºC.

Tipos de grasas

• Grasas de jabón compuesto: Este término se emplea para grasas que contienen una sal, así como un jabón metálico, usualmente del mismo metal. Las grasas de jabón de calcio compuesto son las más comunes de este tipo, y el principal ingrediente es el acetato cálcico. Otros ejemplos son compuestos de Li, Na, Ba (Bario), y Al (Aluminio). Las grasas de jabón compuesto permiten mayores temperaturas que las correspondientes grasas convencionales.

Tipos de grasas

• Grasas espesadas con sustancias inorgánicas: En lugar de jabón metálico se pueden emplear distintas sustancias inorgánicas como espesantes, por ejemplo, bentonita y gel de sílice. La superficie activa utilizada sobre partículas de estas sustancias absorben las moléculas de aceite. Las grasas de este grupo son estables a altas temperaturas y son adecuadas para aplicaciones de alta temperatura; son también resistentes al agua. No obstante, sus propiedades lubricantes decrecen a temperaturas normales.

Tipos de grasas

• Grasas sintéticas: En este grupo se incluyen las grasas basadas en aceites sintéticos, tales como aceites ésteres y siliconas, que no se oxidan tan rápidamente como los aceites minerales. Las grasas sintéticas tienen por ello un mayor campo de aplicación. Se emplean distintos espesantes, tales como jabón de litio, bentonita y PTFE (teflón). La mayoría de las calidades están de acuerdo a determinadas normas de pruebas militares, normalmente las normas American MIL para aplicaciones y equipos avanzados, tales como dispositivos de control e instrumentación en aeronaves, robots y satélites. A menudo, estas grasas sintéticas tienen poca resistencia al rozamiento a bajas temperaturas, en ciertos casos por bajo de -70º C.

Tipos de grasas

• Grasas para bajas temperaturas (LT): Tiene una composición tal que ofrecen poca resistencia, especialmente en el arranque, incluso a temperaturas tan bajas como -50º C. la viscosidad de estas grasas es pequeña, de unos 15mm²/s a 40º C. su consistencia puede variar de NLGI 0 a NLGI 2; estas consistencias precisan unas obturaciones efectivas para evitar la salida de grasa.

Tipos de grasas

• Grasas para temperaturas medias (MT): Las llamadas grasas ¨multiuso¨ están en este grupo. Se recomiendan para equipos con temperaturas de -30 a +110º C; por esto, se puede utilizar en la gran mayoría de los casos.

• La viscosidad del aceite base debe estar entre 75 y 220mm²/s a 40º C. la consistencia es normalmente 2 ó 3 según la escala NLGI.

Tipos de grasas

• Grasas para altas temperaturas (HT): Estas grasas permiten temperaturas de hasta +150ºC. Contienen aditivos que mejoran la estabilidad a la oxidación. La viscosidad del aceite base es normalmente de unos 110mm²/s a 40º C, no debiéndose exceder mucho ese valor, ya que la grasas se puede volver relativamente rígida a temperatura de ambiente y provocar aumento del par de rozamiento. Su consistencia es NLGI 3.

Tipos de grasas

• Grasas extrema presión (EP): Normalmente una grasa EP contiene compuestos de azufre, cloro ó fósforo y en algunos casos ciertos jabones de plomo. Con ello se obtiene una mayor resistencia de película, esto es, aumenta la capacidad de carga de la película lubricante. Tales aditivos son necesarios en las grasas para velocidades muy lentas y para elementos medianos y grandes sometidos a grandes tensiones. Funcionan de manera que cuando se alcanzan temperaturas suficientemente altas en el exterior de las superficies metálicas, se produce una reacción química en esos puntos que evita la soldadura. La viscosidad del aceite base es de unos 175mm²/s (máx. 200mm²/s) a 40º C. la consistencia suele corresponder a NLGI 2. En general, las grasas EP no se deben emplear a temperaturas menores de -30º C y mayores de +110º C.

Tipos de grasas

• Grasas antiengrane (EM): Las grasas con designación EM contienen bisulfuro de molibdeno (MoS2), y proporcionan una película más resistente que los aditivos EP. Son conocidas como las ¨antiengrane¨. También se emplean otros lubricantes sólidos, tales como el grafito.

Tipos de grasas

Cómo elegir la grasa más adecuada

• Elemento a engrasar • Velocidad • Temperatura • Contaminantes exteriores • Forma de aplicación • Cargas y vibraciones • Compatibilidad con otras grasas • Accesibilidad

Elementos a engrasar

• Rodamientos • Cojinetes y bulones • Engranajes abiertos • Reductores • Cables • Cadenas • Antigripantes

Aplicación de las grasas.

Aceites Sintéticos

Aceites Sintéticos

• Productos derivados de la síntesis química, fabricados en el laboratorio, puros, limpios y durables.

• Moléculas que son idénticas en tamaño y forma.

• Fuerte unión molecular, estructura molecular compacta, ordenada.

• Productos libres de cera (muy bajo punto de escurrimiento).

• Alto índice de viscosidad.

SintéticosBeneficios: Economía de combustible

Mejoran la economía de combustible por que reducen las pérdidas por fricción.

Beneficios:

Mejoran la capacidad de carga por una película más uniforme y resistente.

Sintéticos

Mitos y Leyendas en la lubricación de motores

• Un aceite mas grueso lubrica mejor: Falso, hay que usar la viscosidad adecuada y recomendada.

• El aceite esta negro, es malo: Falso, quiere decir que esta cumpliendo su función.

• Mi motor no consume aceite: Falso, Todos los motores consumen aceite.

• El Filtro de aire no tiene ninguna importancia: Falso, ayuda para que la combustión sea mas limpia.

• El Dedo metro: Es imposible medir viscosidad con el dedo.

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