1

Pontificia Universidad Católica de Valparaíso Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Mecánica

Trabajo de Lubricación “LUBRICACION DE COJINETES LISOS Y CON

RODAMIENTOS”

Integrantes: Carlos Bastias

Gabriel Castro Tapia Italo Vilches

Prof. Juan Roncagliolo Ziomi

8 de Noviembre del 2012

2

Índice.

Contenido INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 5 Descripción de la aplicación. ............................................................................................................ 6 Cojinetes........................................................................................................................................... 6 Materiales para cojinetes. .............................................................................................................. 7 Rodamientos. ................................................................................................................................... 8 Tipos de Rodamientos: ................................................................................................................... 8

Rodamientos rígidos de bolas. ...................................................................................................... 9 Rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular. .......................................................... 9 Rodamientos de agujas. .............................................................................................................. 10 Rodamientos de rodillos cónicos. ............................................................................................... 10 Rodamientos de rodillos cilíndricos de empuje. ......................................................................... 11 Rodamientos axiales de rodillos a rótula. ................................................................................... 11 Rodamientos de bolas a rótula. ................................................................................................... 12 Rodamientos de rodillos cilíndricos............................................................................................ 12 Rodamientos de rodillos a rótula. ............................................................................................... 13 Rodamientos axiales de bolas de simple efecto. ......................................................................... 13 Rodamientos de aguja de empuje. .............................................................................................. 14

Materiales para rodamientos. ...................................................................................................... 14 Descripción de los equipos y partes que requieren lubricación. ..................................................... 15 Cojinetes......................................................................................................................................... 15 Rodamientos. ................................................................................................................................. 15 Procedimientos de lubricación utilizados en las diferentes partes o sistemas. ............................... 16 Rodamientos. ................................................................................................................................. 16 Procedimiento de lubricación con grasa: .................................................................................... 16 En la relubricación: ...................................................................................................................... 16 Lubricación con aceite:................................................................................................................. 18 Cojinetes......................................................................................................................................... 19 Teoría o fundamento que definen las características que gobiernan la lubricación. ...................... 21 TIPOS DE LUBRICACION ........................................................................................................ 21

Lubricación límite ....................................................................................................................... 22 Lubricación fluida o hidrodinámica ............................................................................................ 23 Lubricación elastohidrodinámica o EHL .................................................................................... 25 ¿ Lubricación fluida ó EHL? ....................................................................................................... 27 Lubricación hidrostática............................................................................................................. 28 Cálculos de λ para rodamientos .................................................................................................. 29 Cálculo de λ para cojinetes lisos ................................................................................................. 30

Características de los lubricantes con aditivos EP ..................................................................... 31 Lubricantes EP de 1ra generación ............................................................................................... 31 Lubricantes EP de 2da generación .............................................................................................. 31 Lubricantes EP de 3ra generación ............................................................................................... 32

La curva de stribeck ..................................................................................................................... 32

3

Fundamentos de la lubricación .................................................................................................... 34 Función del lubricante................................................................................................................. 34 Selección del tipo de lubricación ................................................................................................ 35 Criterios para la lubricación con grasa: ...................................................................................... 35 Criterios para la lubricación con aceite: ...................................................................................... 35 Diseño de las conducciones de lubricante: ................................................................................. 36

Factores que influyen en la Lubricación ..................................................................................... 36 Factores a considerar en la selección de lubricantes ................................................................. 37

Consideraciones para selección de un lubricante para cojinetes lisos ........................... 39 Método de Selección de lubricante para Cojinetes ................................................................ 39

Especificaciones técnicas de los Aceites Lubricantes ................................................................ 41 Viscosidad ................................................................................................................................. 41 Índice de viscosidad (V) ............................................................................................................. 42 Estabilidad a la oxidación ........................................................................................................ 43 Densidad..................................................................................................................................... 43 Número de Neutralización ....................................................................................................... 44 Número de Saponificación ...................................................................................................... 44 Punto de fluencia ...................................................................................................................... 44 Punto de inflamación ................................................................................................................ 44 Punto de combustión ................................................................................................................ 44 Demulsibilidad .......................................................................................................................... 44 Oleosidad ................................................................................................................................... 45

EL Programa de lubricación utilizado ............................................................................................ 46 Diferencias de Tamaño. .............................................................................................................. 47 Procedimiento De Lubricación. .................................................................................................. 48 Evitando la sobre lubricación...................................................................................................... 49 Monitoreo Ultrasónico ................................................................................................................. 49 Determinando una Línea Base ...................................................................................................... 50 Estableciendo la Programación de las Inspecciones ....................................................................... 51 Monitorear mientras Lubrica ........................................................................................................ 51 Accesibilidad .............................................................................................................................. 52 Sistemas de Auto Lubricación ....................................................................................................... 53

Lubricantes comerciales utilizados y sus características. ............................................................... 54 Cojinetes: ....................................................................................................................................... 54 La grasa para rodamiento skf: ................................................................................................... 54 Fallas debidas a la lubricación. .................................................................................................... 55 Cojinetes......................................................................................................................................... 55

Desgaste abrasivo........................................................................................................................ 55 Desgaste adhesivo ....................................................................................................................... 55 Cavitación ................................................................................................................................... 56 Descarga eléctrica. ...................................................................................................................... 56 Depósitos y/o corrosión. ............................................................................................................. 57 Giro y deformación ..................................................................................................................... 58

Rodamientos. ................................................................................................................................. 58 Fatiga superficial ......................................................................................................................... 59 Descarga eléctrica ....................................................................................................................... 59

4

Desgaste abrasivo........................................................................................................................ 60 Desgaste adhesivo ....................................................................................................................... 61 Corrosión..................................................................................................................................... 61 Identación. ................................................................................................................................... 62 Fractura. ...................................................................................................................................... 62

Conclusión ..................................................................................................................................... 64 Bibliografía. ................................................................................................................................... 65

5

INTRODUCCIÓN

Los rodamientos y sus cojinetes deben de operar de manera confiable, ellos

tendrán que ser lubricados adecuadamente para evitar el contacto directo metal - metal

entre los cuerpos que conforman el rodamiento (cuerpos, pistas y jaulas).

El lubricante evita el desgaste y protege las superficies de contacto contra la

corrosión. La elección de un lubricante adecuado y el método de lubricación para cada

tipo de rodamiento son de suma importancia, como también un correcto mantenimiento.

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 seno, entre

elementos de máquinas con movimiento relativo y cargados

En este trabajo damos a conocer lo que es un rodamiento y un cojinete, los tipos,

los materiales de los cuales se conforman, etc. Además del procedimiento de

lubricación, los lubricantes utilizados, la teoría de la lubricación y las fallas que estos

elementos de máquinas pueden tener debido a la lubricación.

6

Descripción de la aplicación.

Cojinetes.

Un cojinete en ingeniería es la pieza o conjunto de ellas sobre las que se soporta y gira el árbol transmisor de momento giratorio de una máquina.

De acuerdo con el tipo de contacto que exista entre las piezas (deslizamiento o rodadura), el cojinete puede ser un cojinete de deslizamiento o un rodamiento respectivamente.

Por la dirección del esfuerzo que soportan se clasifican los cojinetes en:

• Los cojinetes radiales impiden el desplazamiento en la dirección del radio. • Los cojinetes axiales impiden el deslizamiento en la dirección del eje • Los cojinetes mixtos hacen al mismo tiempo el efecto de los cojinetes radiales y

axiales.

El cojinete de deslizamiento es junto al rodamiento un tipo de cojinete usado en ingeniería. En un cojinete de deslizamiento dos casquillos tienen un movimiento en contacto directo, realizándose un deslizamiento por fricción, con el fin de que esta sea la menor posible. La reducción del rozamiento se realiza según la selección de materiales y lubricantes. Los lubricantes tienen la función de crear una película deslizante que separe los dos materiales o evite el contacto directo. Como material de los casquillos se suele emplear el metal Babbitt.

Al tocarse las dos partes, que es uno de los casos de uso más solicitados de los cojinetes de deslizamiento, el desgaste en las superficies de contacto limita la vida útil. La generación de la película lubricante que separa por una lubricación completa requiere un esfuerzo adicional para elevar la presión y que se usa sólo en máquinas de gran tamaño para grandes cojinetes de deslizamiento. La resistencia al deslizamiento provoca la conversión de parte de la energía cinética en calor, que desemboca en las partes que sostienen los casquillos del cojinete.

7

Materiales para cojinetes.

Se han de tener en cuenta unas cualidades importantes que ayuden a la construcción de los cojinetes:

• El material debe tener un coeficiente de rozamiento reducido. • El material tiene que ser un buen transmisor del calor para que no se produzca una

acumulación excesiva de calor, dañando o perjudicando el ajuste creado. • El material debe poder una cierta dureza que ayude a soportar, sin que se deforme

el cojinete, la carga que puede actuar sobre él.

En el año 1839 se produjo un adelanto concreto e importantísimo en el perfeccionamiento de los materiales para cojinetes al obtener I. Babbitt la patente para los Estados Unidos de una aleación especial de metal. Esta aleación. en su mayor parte de estaño, contenía pequeñas cantidades de antimonio, cobre y plomo. Con estas materias y otras similares se han logrado cojinetes excelentes. Tienen una apariencia plateada y son conocidos generalmente por metales blancos o metales Balbbitt. Durante muchas décadas han servido de pauta y comparación para establecer la calidad de otros materiales para cojinetes.

Todavía se utilizan cojinetes de madera, aunque sólo para aplicaciones limitadas en maquinaria ligera, están hechos frecuentemente de arce o pino duro impregnado de un aceite neutro. También se emplean cojinetes de madera hechos de guayaco. que es la más dura y densa de todas las maderas. El guayaco sólo se encuentra en la zona del Caribe. Esta madera pesa aproximadamente 1.280 kg/m' y tiene un contenido de resina de un 30% en volumen, por lo que es muy autolubricante, Al ser el grano densamente entrelazado. Este material ofrece una alta resistencia al desgaste y compresión y resulta muy difícil de astillar. Tiene múltiples aplicaciones, pues el guayaco es capaz de resistir la acción destructiva de los ácidos débiles, álcalis, aceites, fósforo líquido, productos blanqueadores, de alimentación, drogas y cosméticos.

Alrededor de 1930 empezaron a realizarse algunos progresos importantes en el campo de los metales para antifricción. En un solo cojinete se combinan hoy distintas composiciones que constituyen algunos de los sistemas más logrados. Este paso viene determinado por la teoría de la fricción, ampliamente aceptada, que dice que la substancia ideal para cojinetes debe tener cierta dureza y resistencia, pero también una superficie blanda fácilmente deformable.

La goma ha resultado ser un material extremadamente bueno para cojinetes, en especial cuando el lubricante puede contener abrasivos. Los cojinetes de goma tienen gran aplicación en las bocinas de popa marinas, en los cangilones de las dragas. en ciertas bombas centrífugas y en los ejes de las bombas para pozos profundos. La goma empleada es un compuesto de alta resistencia, de estructura similar a las cubiertas de rueda de automóvil Estos cojinetes rinden el máximo con lubricación de agua que sirve tanto de refrigerante como de lubricante.

8

El hierro fundido es uno de los materiales más antiguos para cojinetes En la antigüedad ya se utilizaba en la India y en China. Con el advenimiento de maquinaria más compleja en la evolución industrial, el hierro fundido llegó a ser un material corriente para cojinete, y todavía se utiliza cuando se destina a un uso relativamente ligero.

Investigaciones recientes en ciertos campos han demostrado. Aunque parezca extraño, que materiales muy duros pueden tener características adecuadas para cojinetes en aplicaciones especiales. Se utilizan materiales como Stellite, Carboloy. Colmonoy, Hastelloy y Alundum, A causa de su dureza, estos cojinetes deben ser extremadamente suaves y su geometría perfecta, pues existen pocas posibilidades de que se corrijan faltas de alineación por desgaste.

Rodamientos.

También denominado rulemán, rolinera, cojinete, balinera o balero (en México), rodaje (en Perú), es un elemento mecánico que reduce la fricción entre un eje y las piezas conectadas a éste, sirviéndole de apoyo y facilitando su desplazamiento. De acuerdo al tipo de contacto que exista entre las piezas, el rodamiento puede ser deslizante o lineal y rotativo. El elemento rotativo que puede emplearse en la fabricación pueden ser: bolas, rodillos o agujas. Los rodamientos de movimiento rotativo, según el sentido del esfuerzo que soporta, los hay axiales, radiales y axiales-radiales.

Un rodamiento radial es el que soporta esfuerzos radiales, que son esfuerzos de dirección normal a la dirección que pasa por el centro de su eje, como por ejemplo una rueda, es axial si soporta esfuerzos en la dirección de su eje, ejemplo en quicio, y axial-radial si los puede soportar en los dos, de forma alternativa o combinada.

Tipos de Rodamientos:

Cada tipo de rodamientos muestra propiedades características, que dependen de su diseño y que lo hace más o menos apropiado para una aplicación dada. Por ejemplo, los rodamientos rígidos de bolas pueden soportar cargas radiales moderadas así como cargas axiales pequeñas. Tienen baja fricción y pueden ser producidos con gran precisión. Por lo tanto, son preferidos para motores eléctricos de medio y pequeño tamaño. Los rodamientos de rodillos esféricos pueden soportar cargas radiales muy pesadas y son oscilantes, lo que les permite asumir flexiones del eje, y pequeñas desalineaciones entre dos rodamientos, que soportan un mismo eje. Estas propiedades los hacen muy populares para aplicaciones por ejemplo en ingeniería pesada, donde las cargas son fuertes, así como las deformaciones producidas por las cargas, en máquinas grandes es también habitual cierta desalineación entre apoyos de los rodamientos.

9

Rodamientos rígidos de bolas.

Son usados en una gran variedad de aplicaciones. Son fáciles de diseñar, no separables, capaces de operar en altas e incluso muy altas velocidades y requieren poca atención o mantenimiento en servicio. Estas características, unidas a su ventaja de precio, hacen a estos rodamientos los más populares de todos los rodamientos

Rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular.

El rodamiento de una hilera de bolas con contacto angular tiene dispuestos sus caminos de rodadura de forma que la presión ejercida por las bolas es aplicada oblicuamente con respecto al eje. Como consecuencia de esta disposición, el rodamiento es especialmente apropiado para soportar no solamente cargas radiales, sino también grandes cargas axiales, debiendo montarse el mismo en contraposición con otro rodamiento que pueda recibir carga axial en sentido contrario. Este rodamiento no es desmontable.

10

Rodamientos de agujas.

Son rodamientos con rodillos cilíndricos muy delgados y largos en relación con su diámetro. A pesar de su pequeña sección, estos rodamientos tienen una gran capacidad de carga y son eminentemente apropiados para las aplicaciones donde el espacio radial es limitado.

Rodamientos de rodillos cónicos.

El rodamiento de rodillos cónicos, debido a la posición oblicua de los rodillos y caminos de rodadura, es especialmente adecuado para resistir cargas radiales y axiales simultáneas. Para casos en que la carga axial es muy importante hay una serie de rodamientos cuyo ángulo es muy abierto. Este rodamiento debe montarse en oposición con otro rodamiento capaz de soportar los esfuerzos axiales en sentido contrario. El rodamiento es desmontable; el aro interior con sus rodillos y el aro exterior se montan cada uno separadamente.

11

Rodamientos de rodillos cilíndricos de empuje.

Son apropiados para aplicaciones que deben soportar pesadas cargas axiales. Además, son insensibles a los choques, son fuertes y requieren poco espacio axial. Son rodamientos de una sola dirección y solamente pueden aceptar cargas axiales en una dirección. Su uso principal es en aplicaciones donde la capacidad de carga de los rodamientos de bolas de empuje es inadecuada.

Rodamientos axiales de rodillos a rótula.

El rodamiento axial de rodillos a rótula tiene una hilera de rodillos situados oblicuamente, los cuales, guiados por una pestaña del aro fijo al eje, giran sobre la superficie esférica del aro apoyado en el soporte. En consecuencia, el rodamiento posee una gran capacidad de carga y es de alineación automática. Debido a la especial ejecución de la superficie de apoyo de los rodillos en la pestaña de guía, los rodillos giran separados de la pestaña por una fina capa de aceite. El rodamiento puede, por lo mismo, girar a una gran velocidad, aun soportando elevada carga. Contrariamente a los otros rodamientos axiales, éste puede resistir también cargas radiales.

12

Rodamientos de bolas a rótula.

El rodamiento de gran capacidad de carga axial que transmite movimiento con poca fricción y desgaste. Los rodamientos de bolas a rótula tienen dos filas de bolas que corren en una vía de rodadura de esfera hueca conjunta en el anillo exterior. Gracias a su modo de construcción estos rodamientos pueden absorber cargas radiales en todos los casos de alojamientos en los cuales no se puede lograr una alineación perfecta entre el eje y el asiento en el eje debido al modo de construcción.

Rodamientos de rodillos cilíndricos.

El rodamiento de rodillos cilíndricos tiene guiados sus rodillos por pestañas en uno de los aros. El otro aro, el aro libre, generalmente no tiene pestañas. Esta ejecución presenta la ventaja de permitir que el eje se desplace axialmente dentro de ciertos límites, con respecto al soporte. Los rodamientos con pestaña también en el aro libre pueden fijar axialmente el eje, siempre que los empujes axiales sean muy reducidos. Este rodamiento es adecuado para cargas radiales relativamente grandes y puede también soportar altas velocidades. El desmontaje es muy fácil, aunque ambos aros estén montados con ajuste fuerte.

13

Rodamientos de rodillos a rótula.

El rodamiento de rodillos a rótula tiene dos hileras de rodillos con camino esférico común en el aro exterior siendo, por lo tanto, de alineación automática. El número y tamaño de sus rodillos le dan una capacidad de carga muy grande. La mayoría de las series puede soportar no solamente fuertes cargas radiales sino también cargas axiales considerables en ambas direcciones. Pueden ser reemplazados por cojinetes de la misma designación que se dará por medio de letras y números según corresponda a la normalización determinada.

Rodamientos axiales de bolas de simple efecto.

El rodamiento axial de bolas de simple efecto consta de una hilera de bolas entre dos aros, uno de los cuales, el aro fijo al eje, es de asiento plano, mientras que el otro, el aro apoyado en el soporte, puede tener asiento plano o esférico. En este último caso, el rodamiento se apoya en una contra placa. Los rodamientos con asiento plano deberían, sin duda, preferirse para la mayoría de las aplicaciones, pero los de asiento esférico son muy útiles en ciertos casos, para compensar pequeñas inexactitudes de fabricación de los soportes. El rodamiento está destinado a resistir solamente carga axial en una dirección.

14

Rodamientos de aguja de empuje.

Pueden soportar pesadas cargas axiales, son insensibles a las cargas de choque y proveen aplicaciones de rodamientos duras requiriendo un mínimo de espacio axial.

Materiales para rodamientos.

Los materiales de los rodamientos se han ido perfeccionando y mejorando con el tiempo, para tener un mejor uso, y utilidad de estos. En tiempos antiguos, y todavía en la actualidad, se usan rodamientos de madera, aunque solamente en maquinarias ligeras. También se hacen rodamientos de guayaco, que es la más dura y densa de todas las maderas. La goma, también ha sido un material bastante bueno para los rodamientos, especialmente cuando el lubricante contiene abrasivos. El hierro fundido es uno de los materiales más antiguos. También, existen rodamientos porosos, estos se deben emplear cuando falta espacio o inaccesibilidad para la lubricación, no son prácticos a los rodamientos normales de metal. En términos generales, se utilizan materiales como carboloy, hastelloy y aludum, a causa de su dureza.

15

Descripción de los equipos y partes que requieren lubricación.

Cojinetes

El cojinete de deslizamiento se compone de dos partes, el muñón o gorrón que es una pieza cilíndrica giratoria u oscilante y el manguito que le rodea que puede ser, según casos, estacionario o móvil. El manguito que rodea al muñón puede hacerlo completamente o parcialmente. En el primer caso se dice que se trata de un cojinete completo y en el segundo caso que se trata de un cojinete parcial.

Según la holgura existente entre el manguito y el gorrón los cojinetes se pueden clasificar en cojinetes holgados y cojinetes ajustados.

Se define huelgo a la diferencia existente entre los radios del manguito y del gorrón.

Rodamientos.

Un rodamiento permite que cualquier eje gire libremente y sin esfuerzo por medio de unas “bolas” o rodillos. Estos rodillos o bolas ya están lubrificados por lo que no es necesario añadir ningún tipo de grasa o aceite.

Por ejemplo, los rodamientos de los trenes de laminación se deben examinar cuando se cambien los cilindros. Después de haber limpiado los componentes del rodamiento con un disolvente adecuado (petróleo refinado, parafina, etc) deberán aceitarse o engrasarse inmediatamente para evitar su oxidación. Esto es de particular importancia para los rodamientos de maquinas con largos periodos de inactividad.

Muñón

16

Procedimientos de lubricación utilizados en las diferentes partes o sistemas.

Rodamientos.

Para que un rodamiento funcione de un modo fiable, es indispensable que estos adecuadamente lubricados al objetivo de evitar contacto metálico entre los elementos rodantes, los caminos de rodadura y las jaulas, evitando también el desgaste y protegiendo las superficies del rodamiento contra la corrosión. Por lo tanto la elección de un lubricante y el método de lubricación adecuado, así como un correcto mantenimiento, son de gran importancia. Ahí rodamientos que necesitan lubricación y otros que tiene placas de obturación que no necesitan de re lubricación por que la grasa que se usa por lo general tiene una duración mucho mayor que la vida útil de rodamiento.

Procedimiento de lubricación con grasa:

En condiciones normales de funcionamiento, en la mayoría de las aplicaciones, es posible utilizar grasa para lubricar rodamientos. La grasa presenta varias ventajas con respecto al aceite de que es más fácil de retener en la disposición de rodamiento, particularmente en ejes inclinados o verticales, y también contribuyen a la obturación contra los contenientes, humedad y el agua. Un exceso de lubricante provoca un rápido aumento de temperatura de funcionamiento, particularmente los rodamientos giran a grandes velocidades. Por lo tanto, como regla general, el rodamiento debe quedar totalmente lleno de grasa mientras que el espacio libre que queda en el soporte debe llenarse parcialmente ( entre un 30ª un 50 %). Cando los rodamientos han de funcionar a velocidades lentas, pueden obtenerse una buena protección contra la corrosión llenando completamente el soporte con grasa. Si se lubrica con grasa será necesario asegurar que los contactos entre los extremos de los rodillos y la pestaña reciban el suministro de grasa adecuado. Dependiendo de la función lo mejor es llenar totalmente el rodamiento y su soporte o re lubricar a intervalos regulares.

En la relubricación:

Los rodamientos necesitan relubricación cuando la duración de la grasa usada para lubricar es inferior a la duración prevista del rodamiento. Los rodamientos deben ser relubricados en un momento en el que su lubricación sea aun satisfactoria. La determinación del momento en que debe emprenderse la relubricación depende de muchos factores entre los cuales existe una relación muy compleja. Estos factores

17

incluyen el tipo de rodamiento y el tamaño, la velocidad, la temperatura de uso, el tipo de grasa, el espacio que rodea el rodamiento, y su entorno. El procedimiento de relubricación depende del intervalo de relubricación Existen 2 caminos:

a) Si el intervalo de lubricación es inferior a 6 meses, se recomienda reponer (completamente) la grasa que ha perdido la disposición, el cambio de toda la grasa debe realizar después de efectuadas tres reposiciones como máximo.

b) Cuando los intervalos de relubricación son superiores a 6 meses, se recomienda extraer toda la grasa contenida en la disposición del rodamiento y sustituirla por grasa nueva. El límite de 6 meses se da como una recomendación muy general que se puede adaptar a las a las recomendaciones de lubricación y mantenimiento válidas para cada máquina específica.

Que es la reposición: la adición de pequeñas cantidades de grasa nueva a intervalos regulares solo supone una sustitución de la grasa usada contenida en la disposición del rodamiento. Renovación de la grasa: una vez concluido el intervalo de relubricación, toda la grasa usada que contiene la disposición del rodamiento deberá ser extraída y reemplazada por grasa nueva. Para poder renovar la grasa, es esencial que el soporte sea accesible y pueda abrirse fácilmente. Para tener acceso, se quita la parte superior de los soportes partidos, o la tapa lateral de los soportes enterizos. Después de extraer la grasa se remplaza por grasa nueva entre los elementos rodantes.

18

Lubricación con aceite:

Los aceites minerales puros, sin aditivos, son los que generalmente se prefieren para lubricar los rodamientos. Los aceites con contenidos de aditivos para mejorar ciertas propiedades como su comportamiento a presiones externas, su resistencia al envejecimiento, etc. Normalmente solo se emplea en casos específicos. Los aceites sintéticos solo se utilizan en casos excepcionales para lubricar rodamientos, por ejemplo, a muy baja velocidad o muy altas temperaturas. Debe recordarse que la formación de película de lubricante cuando se utiliza aceite sintético puede ser diferente a la que se forma con un aceite mineral de igual viscosidad.

La selección del lubricante de un aceite está basada fundamentalmente en la viscosidad que este requiere para proporcionar una lubricación adecuada del rodamiento a la temperatura de funcionamiento.

La viscosidad de un aceite depende de la temperatura. Cuando la temperatura aumenta, la viscosidad disminuye. Los aceites más adecuados para lubricar rodamientos son los que tengan un alto índice de viscosidad (aceites cuya viscosidad varía poco con la temperatura). Este índice debe tener como mínimo un valor de 85.

Para que se forme la película de aceite de suficiente espesor en la zona de contacto entre los elementos rodantes y los caminos de rodadura, el aceite deberá conservar un mínimo de viscosidad a la temperatura de funcionamiento. Los aspectos a considerar al seleccionar un aceite.

La duración de un rodamiento puede alargarse seleccionando un aceite con una viscosidad v1 a la temperatura de funcionamiento, algo más elevado que v2 (v1>v2). No obstante, puesto que el incremento de viscosidad eleva la temperatura de funcionamiento existe frecuentemente un límite práctico para la mejora de la lubricación por este medio. Cambio de aceite:

La frecuencia con que se debe efectuar el cambio del aceite depende principalmente de las condiciones de funcionamiento y de la cantidad de aceite. Cuando se emplea lubricación por baño de aceite, generalmente es suficiente cambiar el aceite una vez al año, con tal de que la temperatura de funcionamiento no exceda los 50 °C y de que haya poco riesgo de contaminación. Para temperaturas más elevadas, es preciso efectuar los cambios con más frecuencia, por ejemplo para temperaturas de funcionamiento cada 3 meses. Para condiciones de funcionamiento más duras, también es preciso cambiar de aceite con mayor frecuencia.

Para lubricar por circulación de aceite, el intervalo entre 2 cambios depende también de su frecuencia de circulación y de si se efectúa o no la refrigeración del aceite. Normalmente, el intervalo más adecuado solo puede determinarse mediante ensayos y examinando frecuentemente el aceite para asegurar que no esté contaminado, ni excesivamente oxidado. Esta misma práctica también es válida para lubricación por chorro de aceite. En caso de lubricar por goteo de aceite, este pasa por el rodamiento una sola vez y no recircula.

19

Cojinetes.

Se han hecho experimentos acerca de la cantidad de aceite que un aro suministra al cojinete y el cojinete se puede proyectar de modo que este abandonantemente regado de aceite. Obsérvese que la mitad inferior del cojinete con arco de engrase, posiblemente la parte que soporta la carga, puede no tener discontinuidad, pero en un cojinete de collar tiene que estar dividido necesariamente en 2 partes.

La carga actúa en la parte superior de un muñón, debe ser posible que el eje quede sumergido en un pozo de aceite, o bien que este en contacto con una mecha o hilazas de algodón empapada en aceite, como en algunos cojinetes de rueda de ferrocarril. En mecanismos de movimiento alternativos u otros con conexiones móviles, se puede lubricar los cojinetes por salpicadura, procedimiento en el cual un miembro móvil salpica aceite de un colector o sumidero. Entre los sistemas que son o pueden ser de lubricación limite se incluyen los siguientes: cazoleta de aceite y grasa, dispositivo de alimentación por goteo y alimentación por mecha (por acción capilar). Como seguridad contra una discontinuidad de la superficie que soporta la carga, la línea de acción de la carga resultante debe caer dentro de un Angulo de 60°, por ejemplo, en el centro de unas¿ de las mitades del cojinete; a este respecto pueden ser favorables las cajas de cojinete con líneas de partición inclinada. En cojinetes pequeños con castillos de una pieza entrado a presión, se debe prever la disminución del diámetro del cojinete al ser calado, o bien para que tenga el diámetro correcto el casquillo debe ser acabado después de colocado en su sitio. Son innumerables las maneras de fabricar los cojinetes, pero una característica frecuente, especialmente en los cojinetes

20

grandes, es la muesca en V en la partición o el abocordado o en el ensanchamiento. Este espacio vaciado situado delante de la sección en que el aceite llega a la superficie que soporta la carga es muy adecuado para la entrada del lubricante, y a veces la mayor parte de este se deposita y sale por él. Si el cojinete está alimentado a presión, la superficie rebajadas deben terminar cerca de los extremos de los cojinetes a fin de evitar que el flujo lateral de aceite sea excesivo antes de llegar al área cargada.

Las ranuras en el área que soporta la carga de un cojinete suelen estar justificada

para la lubricación de película delgada, pero exceptuando la ranura circunferencial, en un cojinete hidrodinámico no se deben emplear.

21

Teoría o fundamento que definen las características que gobiernan la lubricación.

La industria de lubricantes constantemente mejora y cambia sus productos a

medida que los requerimientos de las maquinas nuevas cambian y nuevos procesos químicos y de destilación son descubiertos. Los lubricantes son materiales puestos en medio de partes en movimiento con el propósito de brindar enfriamiento (transferencia de calor), reducir la fricción, limpiar los componentes, sellar el espacio entre los componentes, aislar contaminantes y mejorar la eficiencia de operación.

Por ejemplo, los lubricantes desempeñan también la función de "selladores" ya que todas las superficies metálicas son irregulares (vistas bajo microscopio se ven llenas de poros y ralladuras –VER IMÁGENES-) y el lubricante "llena" los espacios irregulares de la superficie del metal para hacerlo "liso", además sellando así la "potencia" transferida entre los componentes. Si el aceite es muy ligero (baja viscosidad), no va a tener suficiente resistencia y la potencia se va a "escapar"…si el aceite es muy pesado o grueso (alta viscosidad), la potencia se va a perder en fricción excesiva (y calor) Si el aceite se ensucia, actuará como abrasivo entre los componentes, gastándolos

TIPOS DE LUBRICACION

La película lubricante que se forma entre dos superficies metálicas define el tipo de lubricación bajo el cual va a trabajar un mecanismo; las que se presentan en cualquier tipo de mecanismo lubricado son: sólida ó límite, fluida o hidrodinámica , elastohidrodinámica e hidrostática.

Cuando el mecanismos lubricado alcanza la velocidad nominal de

operación, solo puede quedar trabajando bajo condiciones de lubricación fluida ó Elastohidrodinámica (EHL), lo que hace que sea muy importante por parte de los responsables del correcto funcionamiento de los equipos rotativos, conocer la diferencia entre lubricación fluida y EHL, ya que son muchos los daños que se presentan en la práctica por no tener claros estos conceptos.

22

Lubricación límite

Una de las condiciones más críticas en la operación de un mecanismo es en el momento en que se pone en marcha ya sea por primera vez (aún más crítica) ó después de que ha permanecido detenido durante un período de tiempo determinado. Cuando la velocidad nominal de operación de un mecanismo (engranajes, rodamientos, cojinetes lisos, cadenas, etc), disminuye, las rugosidades de las dos superficies se acercan y un gran número de ellas interactúan hasta que finalmente, cuando la velocidad es igual a cero, se entrelazan de manera semejante a cómo quedan los dientes de dos serruchos cuando se superponen. Es fácil imaginar lo que sucedería si en la realidad se tomasen dos serruchos y se colocaran de tal forma que todos sus dientes quedaran entrelazados y luego se le aplicara a uno de ellos una fuerza lo suficientemente alta como para ponerlo en movimiento. Como es obvio lo más probable es que un buen número de dichos dientes se fracturarían quedando inservibles los dos serruchos. Pues bien, en los mecanismos de las máquinas puede suceder lo mismo cuando se lubrican de una manera inadecuada, se utiliza un lubricante incorrecto ó éste se sigue utilizando, cuando ya se haya oxidado.

En el momento de la puesta en marcha de un mecanismo un buen número de las

crestas de las rugosidades de las dos superficies se encuentran entrelazadas y su separación dependerá de la untuosidad (lubricidad) ó de los aditivos antidesgaste del lubricante que se esté utilizando; esta propiedad del lubricante se conoce como película sólida ó límite la cual aísla las rugosidades de las dos superficies metálicas, permitiendo que en el momento de la puesta en marcha del mecanismo dichas rugosidades no se “suelden” sino que se deslicen la una con respecto a la otra y se deformen elásticamente debido a las propiedades

Elásticas del material. Cuando el fabricante del equipo diseña los mecanismos

tiene en cuenta que cuando se pongan en marcha, las rugosidades de las superficies metálicas se deformen, para una determinada carga, dentro de la zona elástica del material y muy por debajo de su punto de fluencia. Si la carga es mayor que la especificada por el fabricante del equipo, la deformación de la rugosidad puede quedar dentro de la zona plástica de tal manera que cuando dicha rugosidad vuelva a interactuar con otra se fracturará dando lugar al desgaste adhesivo del mecanismo.

“Teóricamente” durante la puesta en marcha de un mecanismo no hay desgaste

siempre y cuando el lubricante garantice la formación de la película límite y el material tenga la elasticidad adecuada; sin embargo en la práctica cuando se desgasta la película límite se presenta el contacto metal-metal entre las rugosidades de las dos superficies y persiste hasta que el aditivo antidesgaste del lubricante reaccione nuevamente con dichas rugosidades normalizando la situación e impidiendo que continúe el desgaste adhesivo y por lo tanto el desprendimiento de partículas metálicas.

23

La eficiencia de un buen lubricante para evitar el desgaste adhesivo en condiciones

de película límite depende de la velocidad de reacción de sus compuestos de untuosidad ó de sus aditivos antidesgaste con las superficies metálicas, del espesor de la película sólida ó límite y del coeficiente de fricción de dicha película sólida. El valor del coeficiente de fricción sólida del lubricante juega un papel muy importante en la reducción del desgaste adhesivo ya que entre más bajo sea su valor, la rata de desgaste de la película sólida será menor y por lo tanto también el número de contactos metal-metal dentro de un período de tiempo determinado.

Lubricación fluida o hidrodinámica

A medida que el mecanismo va incrementado su velocidad, las crestas de

las dos superficies chocan menos y se van separando lentamente debido al bombeo de aceite originado por el movimiento de dichas superficies; antes que el mecanismo alcance su velocidad nominal de operación se presenta una condición intermedia entre lubricación sólida y fluida conocida como lubricación mixta; en este caso solo una parte de la carga es soportada por la acción hidrodinámica y la otra, por la película sólida que recubre las rugosidades que aún interactúan. Una selección incorrecta de la viscosidad del aceite al igual que una disminución de ésta en operación pueden dar lugar a que el mecanismo quede funcionando bajo condiciones de lubricación mixta. Una vez que el mecanismo queda operando a su velocidad de régimen y si ésta es lo suficientemente alta, las rugosidades de las dos superficies quedarán completamente aisladas y “flotando” entre sí de manera semejante a como navega un barco sobre la superficie del agua y se tendrán por lo tanto condiciones de lubricación fluida ó hidrodinámica; en este tipo de lubricación es más influyente la velocidad del mecanismo que la viscosidad del aceite. En lubricación fluida las rugosidades de las dos superficies quedan completamente cubiertas por una capa del lubricante y las demás se deslizan entre sí presentándose entre ellas fricción fluida; la intensidad de esta fricción depende del valor del coeficiente de fricción del lubricante utilizado y del espesor de la película lubricante.

La lubricación fluida debe tener características de flujo laminar para garantizar que la capa limite que se encuentra adherida a las dos superficies metálicas no se desprenda (velocidad cero) evitando que el desgaste erosivo que se presenta durante la explotación normal del mecanismo sea superior a su valor normal; este tipo de flujo se caracteriza por tener un Número Reynolds menor ó igual a 2000. En la práctica, sin embargo, si se pretendiera garantizar condiciones de flujo laminar permanentemente en la película fluida la viscosidad del aceite debería ser constante con la temperatura, lo cual en la actualidad con la tecnología disponible en lubricación no es factible, por lo que es necesario utilizar lubricantes con un índice de viscosidad (IV) lo más alto posible (mayor de 100) para garantizar que el tipo de flujo de la película lubricante no pase de laminar a turbulento durante los cambios en la temperatura de operación que se presenta como resultado

24

de las fluctuaciones en la temperatura ambiente entre el día y la noche y mucho más en aquellos países donde hay estaciones. En lubricación se considera que la película lubricante es turbulenta a partir de 2000 debido a que las pequeñas burbujas que empiezan a formarse una vez que llegan a la zona de carga “explotan” fatigando las rugosidades y haciendo que finalmente se desprendan pequeñas partículas metálicas las cuales incrementan el desgaste erosivo normal. El Número Reynolds (Re) que define el tipo de flujo se puede calcular de la siguiente ecuación:

Re = V d /v Ecuación No1 Donde:

Re: Número Reynolds, adimensional. V: Velocidad lineal del mecanismo. d: Diámetro de la tubería, en este caso es igual al espesor de la película lubricante (ho). v: Viscosidad cinemática del aceite a la temperatura de operación del mecanismo. Se puede observar de la Ecuación No1 que el parámetro que más influye en las

condiciones de flujo de la película lubricante es la viscosidad del aceite, la cual disminuye a medida que la temperatura de operación aumenta (esta temperatura está influenciada por la temperatura ambiente y por el incremento de temperatura debido a la fricción fluida en la película lubricante), este último parámetro es constante mientras que la temperatura ambiente es variable) dando lugar a que si la viscosidad disminuye significativamente con el aumento en la temperatura de operación (aceite con un bajo índice de viscosidad) las condiciones de flujo de la película lubricante pueden pasar de laminar a turbulento y por lo tanto propiciar un incremento en el desgaste erosivo de las superficies metálicas del elemento lubricado. Los otros parámetros de la ecuación de Reynolds como la velocidad (v) de régimen del mecanismo por ser constante no tiene ninguna incidencia mientras que el espesor de la película lubricante (ho) al variar ligeramente con los cambios en la temperatura de operación puede incidir en la misma proporción en el tipo de flujo, pero en un porcentaje muy bajo con respecto a la que tiene la viscosidad.

La tendencia normal al desgaste erosivo en lubricación fluida es característica de cada aceite y se puede reducir con aceites de alto índice de viscosidad (IV), por lo regular de tipo sintético, mejorando la limpieza del aceite por encima del valor recomendado por la Norma ISO 4406 y manteniendo la temperatura de operación del mecanismo en un valor igual ó menor a los 50°C.

La teoría de la lubricación hidrodinámica fue descubierta en la década de 1880 por el inglés Beauchamp Tower; este científico realizó un experimento consistente en poner a girar un eje soportado en un cojinete liso sumergido en aceite con la carga actuando hacia arriba y colocando un tapón en un orificio practicado en la parte superior del cojinete liso, cuando el eje alcanzó su velocidad nominal de operación el tapón fue expulsado suavemente de su alojamiento comprobando de esta manera que bajo estas condiciones de operación el aceite desarrollaba una presión hidráulica que mantenía separadas las dos superficies metálicas. Posteriormente el tapón fue reemplazado por un manómetro y se comprobó que la presión hidráulica de la película lubricante era aproximadamente el doble de la presión mecánica calculada como la relación entre la carga que actuaba sobre el cojinete liso (W), y el área proyectada, que

25

es equivalente al producto de la longitud por el diámetro del cojinete (LD). Con base en los resultados obtenidos se realizaron otros experimentos para determinar la distribución de la presión hidráulica a lo largo de la periferia de todo el cojinete liso. La influencia de la velocidad del mecanismo y de la viscosidad del aceite en el establecimiento de la lubricación fluida (hidrodinámica)

Los factores que inciden en el establecimiento de la lubricación fluida son la velocidad del mecanismo y la viscosidad del aceite que se está utilizando, pero cada uno de ellos influye de una manera específica dependiendo de las circunstancias que se presenten en el mecanismo lubricado. Si el mecanismo opera a altas velocidades, este factor será el más influyente en el logro de la lubricación fluida ó hidrodinámica y para estos casos se utilizan aceites de baja viscosidad y tanto más baja será ésta, cuanto más alta sea la velocidad de funcionamiento; por el contrario, si la velocidad es muy baja, es factible que la lubricación hidrodinámica por velocidad no se logre alcanzar y sea necesario compensar la falta de velocidad con aceites de alta viscosidad, pero entonces se presenta el inconveniente del consumo de energía por fricción fluida en el interior de la película lubricante, que será tanto mayor cuanto mayor sea la viscosidad del aceite, dando lugar a que si se quiere lograr una condición de lubricación hidrodinámica mediante el uso de aceites de alta viscosidad, no sea factible desde el punto de vista energético y de las altas temperaturas que se van a presentar en el mecanismo lubricado. En este último caso se considera que la lubricación es EHL, y se deben emplear por lo tanto aditivos de EP y la viscosidad del aceite que se debe utilizar se selecciona de tal manera que garantice un consumo de energía por fricción razonable pero que adicionalmente ayude a formar una película que proteja las superficies lubricadas sin llegar a ser fluida. La viscosidad es el factor más importante en el establecimiento de la película hidrodinámica cuando para una velocidad dada se tiene un valor especifico de viscosidad, en este caso, el factor que más impacta la película hidrodinámica es la viscosidad porque es la única variable que hay y si esta se reduce (altas temperaturas, sobrecargas, dilución del aceite por combustible, etc), la condición de lubricación hidrodinámica puede llegar a ser EHL sin que el aceite tenga aditivos EP dando lugar a que se presente el contacto metal-metal y por consiguiente el desgaste adhesivo entre las superficies lubricadas.

Lubricación elastohidrodinámica o EHL

En la industria hay un buen número de mecanismos como engranajes de hornos cementeros, cojinetes lisos de rodillos laminadores, rodamientos de cilindros secadores en textileras y papeleras, mecanismos de palas eléctricas y mecánicas, transmisiones de camiones carboneros, etc, en los cuales las cargas transmitidas son tan altas y las velocidades tan bajas que el suministro de aceite por la acción de bombeo de los mismos mecanismos hacia las zonas sometidas a fricción es mínimo haciendo que las rugosidades de las dos superficies en operación nunca se separen dando lugar a que permanentemente interactúen, requiriéndose por lo tanto la utilización de aceites de alta viscosidad, con aditivos que tengan la capacidad suficiente de formar una película sólida ó límite de una resistencia al desgaste adhesivo mayor que la película límite que se forma en los mecanismos cuyas superficies interactúan solamente en el momento

26

del arranque y que luego se separan, por la acción hidrodinámica del lubricante utilizado. Este tipo de lubricación se denomina Elastohidrodinámica (EHL) y los aditivos utilizados se conocen con el nombre de Extrema Presión (EP), cuya característica más importante es que tienen la capacidad suficiente de soportar altas cargas de compresión y esfuerzos cortantes sin que se rompa la película límite.

La lubricación EHL fue descubierta por los profesores británicos Duncan Dowson y Gordon Higginson en la década de los años 50¨s, pero Duncan Dowson fue la persona que más tiempo le dedicó durante su larga carrera ingenieril, al estudio de la Tribología.

Antes del desarrollo de las teorías de la lubricación EHL, se creía que todos los mecanismos diseñados hasta ese momento, independientemente de las condiciones operacionales, trabajaban bajo condiciones de lubricación fluida y que para obtenerla era suficiente con aplicar un aceite (ó una grasa ) de una determinada viscosidad, sin embargo en la práctica se presentaban problemas de desgaste adhesivo en aquellos mecanismos que funcionaban bajo condiciones de altas cargas y bajas velocidades, siendo más crítico, cuando el movimiento era oscilatorio, ó los períodos de operación eran muy cortos. El análisis de estos problemas de desgaste adhesivo condujo al desarrollo de las teorías de la lubricación EHL, fundamentadas en sus comienzos más en la experiencia y en la práctica de la lubricación diaria que en procesos de cálculos matemáticos; sin embargo desde su descubrimiento hasta los tiempos actuales se han desarrollado planteamientos matemáticos que permiten establecer con mucha precisión cuales mecanismos en realidad trabajan bajo condiciones de lubricación EHL y en cuales dicha lubricación es hidrodinámica.

En la lubricación EHL, las rugosidades de las superficies de fricción trabajan siempre interactuando entre sí, y nunca llegan a separarse a la velocidad nominal de operación, en este caso las crestas de las rugosidades permanentemente se están deformando elásticamente y el control del desgaste adhesivo y el consumo de energía dependerán de las características de la película límite adherida a las rugosidades y de la forma geométrica que tengan éstas. La película lubricante que forman los aditivos EP se puede denominar como sólida ó límite pero de unas características de soporte de carga y de resistencia al desgaste adhesivo mucho más resistentes que la que forman los aditivos antidesgaste en el caso de la lubricación hidrodinámica. En la lubricación EHL las condiciones de película límite son permanentes, ó sea que hay mucha similitud entre las condiciones de la puesta en marcha del mecanismo y cuando éste alcanza la velocidad de régimen ó nominal. La lubricación Elastohidrodinámica se divide en dos conceptos fundamentales en los cuales

Elasto significa elasticidad, ó sea que las crestas de la rugosidad de una de las superficies del mecanismo en el momento de la interacción con las de la otra superficie se deforman elásticamente sin llegar al punto de fluencia del material bajo unas condiciones determinadas de carga y temperatura y luego una vez que termina de actuar la carga regresan a su posición original; Hidrodinámica significa que a pesar de que la velocidad de funcionamiento del mecanismo no es la óptima para que se desarrolle una película hidrodinámica, no obstante, ésta se forma a un nivel más microscópico debido a que el aceite que queda atrapado entre las dos crestas deformadas elásticamente ejerce una presión hidráulica entre ellas formando una película fluida de un espesor mucho menor que el que tendría la que se

27

forma en un mecanismo que funciona bajo condiciones de lubricación fluida. El aumento de la viscosidad del aceite debido a la presión y la deformación elástica de las crestas de las superficies se combinan para atrapar el lubricante en el momento en que éste penetra en la zona de contacto; la viscosidad del aceite puede llegar a ser hasta cinco veces mayor que la viscosidad que tiene a la entrada de las rugosidades y la película lubricante puede desarrollar presiones hasta de 350.000 psi. En la lubricación hidrodinámica el espesor de la película lubricante puede ser del orden de los 5 μm en adelante, mientras que en la lubricación EHL de 2 μm ó menos. Estos espesores de película lubricante tan pequeños hacen más susceptibles al desgaste erosivo y abrasivo los mecanismos que funcionan bajo condiciones de lubricación EHL, siendo necesario por lo tanto mantener los aceites que se utilizan en su lubricación dentro de códigos ISO 4406 de limpieza más rigurosos.

La criticidad de la lubricación EHL depende del valor del coeficiente de fricción de

la película lubricante λ (lambda), es mayor en la medida que λ sea mucho menor del valor que la define como lubricación EHL, y de la forma como interactúen las rugosidades de las dos superficies metálicas, así si “deslizan” en situaciones de mecanismos como cojinetes lisos y engranajes sinfín-corona es más crítica que cuando “engranan” y “desengranan” como en el caso de rodamientos y engranajes de dientes rectos y helicoidales (en el diámetro de paso) entre otros. Dependiendo del valor de λ, el aceite debe tener aditivos de EP, de 1ra, 2da ó de 3ra generación. Ver Tabla No1.

Tabla No1

Tipo de aditivos de EP de acuerdo con el valor de

No Mecanismo Tipo de aditivo EP Valor de

1ra generación

2da generación

3ra generación

Lubricación Hidrostática ó

similar 01 Rodamientos 0,5≤ <2,5 0,1 ≤ <0,5 0,05 < 0,1 < 0,05 02 Cojinetes lisos 0,5≤ < 2,0 0,1 ≤ <0,5 0,05 < 0,1 < 0,05 03 Engranajes 0,5≤ < 1,5 0,1 ≤ <0,5 0,05 < 0,1 < 0,05

¿ Lubricación fluida ó EHL?

Para determinar si un mecanismo trabaja bajo condiciones de lubricación fluida ó EHL, se calcula λ, de acuerdo con el tipo de mecanismo lubricado, el cual teóricamente si es menor de 1 las condiciones de lubricación son EHL y si es igual ó mayor a este valor es fluida. Sin embargo, si se considera que a partir de 1 la película lubricante es fluida se estará trabajando bajo condiciones de alto riesgo ya que si la temperatura ó la carga aumentan ligeramente, el espesor de la película lubricante disminuirá y por lo tanto λ será menor de 1 cambiando las condiciones de lubricación fluida a EHL

28

sin que el lubricante tenga los aditivos EP requeridos para esta nueva condición debido a que la lubricación inicialmente era fluida y por lo tanto el aceite utilizado no tenía aditivos EP, presentándose por lo tanto el desgaste adhesivo de los elementos lubricados. Para evitar estos problema se han establecidos valores de λ, mucho más conservativos, para los diferentes mecanismos lubricados a partir de los cuales la lubricación es EHL ó fluida, ver Tabla No2.

Tabla No2

Tipo de lubricación de acuerdo con el valor de

No Mecanismo Valor de Tipo de lubricación

EHL Fluida 01 Rodamientos < 2,50 2,50 02 Cojinetes lisos < 2,00 2,00 03 Engranajes < 1,50 1,50

Lubricación hidrostática

Consiste en bombear aceite entre dos superficies estacionarias (normalmente un eje y un cojinete liso) altamente cargadas con el fin de separarlas evitando así que se presente el desgaste adhesivo en el momento en que una de ellas (ó las dos) se ponga en movimiento. Este tipo de lubricación se puede considerar como una lubricación hidrodinámica artificial a baja velocidad en la cual el aceite utilizado no requiere aditivos de Extrema Presión; es poco común y se utiliza casi exclusivamente en cojinetes lisos sobrecargados en el momento de la puesta en marcha como es el caso de los cojinetes de empuje verticales de generadores accionados por turbinas hidráulicas del tipo pelton, cojinetes lisos de molinos de bolas en la industria del cobre y del oro, etc. Estos cojinetes reciben el nombre de cojinetes hidrostáticos. Una vez que el mecanismo alcanza su velocidad nominal de operación la bomba sigue suministrando el flujo de aceite requerido para mantener separadas las dos superficies. Este tipo de lubricación requiere que el sistema de lubricación, cuente con una bomba auxiliar, ya que si la bomba que está trabajando sale de servicio, y no se cuenta con bomba auxiliar, el cojinete hidrostático fallaría catastróficamente. Adicionalmente, la mayoría de estos sistemas, tienen un depósito de aceite elevado, a una determinada altura, y con un gas (por lo regular N2), a una determinada presión, para que en caso de que falle la bomba auxiliar, garantice el suministro de aceite durante el tiempo de parada del eje.

En los cojinetes lisos lubricados hidrostáticamente y que soportan ejes horizontales el aceite es atomizado a una presión mayor que la que desarrolla la carga sobre el área de trabajo a través de un bolsillo ubicado en la parte inferior de la superficie de fricción del cojinete liso. En los cojinetes de empuje verticales el bolsillo está ubicado en el eje que gira.

29

En la práctica, cuando se tienen condiciones de lubricación Elastohidrodinámica (EHL), en los mecanismos lubricados de los equipos rotativos, con no poca frecuencia se presenta el caso de que el personal de mantenimiento no tiene claro que tipo de aditivo EP debe contener el lubricante que está ó va a utilizar, y puede terminar aplicando un lubricante con aditivos EP, que no le van garantizar una película límite con la suficiente capacidad de soporte de carga, produciéndose por lo tanto el contacto metal-metal entre las superficies lubricadas y consecuentemente el desgaste adhesivo de las mismas. En estos casos lo primero que se debe hacer es consultar la recomendación de lubricación del fabricante del equipo e interpretarla correctamente y si no es factible acceder a ella ó se presentan dudas con le que recomienda el fabricante, se debe recalcular la condición de lubricación del mecanismo lubricado.

Los mecanismos de un equipo solo pueden trabajar bajo condiciones de lubricación fluida ó EHL, y para hallar cuál de las dos es la que se está presentando, es necesario calcular primero el parámetro que define el tipo de película lubricante y de acuerdo con este valor, si es EHL, se define cuál es la criticidad de la misma y por lo tanto el tipo de aditivo EP que se debe utilizar.

En el caso de la lubricación EHL, el valor del parámetro λ determina si el lubricante debe tener aditivos de 1ra, 2da ó de 3ra generación, y mediante la Prueba de 4 bolas ASTM D2783, se comprueba si el lubricante que se va a utilizar si contiene el tipo de aditivos EP requeridos. Si no se tienen en cuenta estos dos aspectos, puede ocurrir que se presenten problemas de desgaste adhesivo en los mecanismos lubricados.

Cálculos de λ para rodamientos

Para rodamientos el factor de seguridad λ de la película lubricante se calcula de la siguiente ecuación:

λ = ho / σ, adimensional Ecuación No1

Donde: ho : espesor de la película lubricante, μ m (μ pulg). σ: Promedio geométrico de las rugosidades de los elementos rodantes y de las pistas de rodadura

Tabla No2 Valores típicos de σ para diferentes tipos de

rodamientos

No Tipo de rodamiento Valor de μ

μ plg

01 De bolas. 0,05

2,33

02 De rodillos cilíndricos. 0,11

4,66 03 De rodillos cónicos y de agujas. 0,07

2,99

30

Cálculo de λ para cojinetes lisos

Para cojinetes lisos el factor de seguridad λ de la película lubricante se calcula de la siguiente ecuación:

λ = (η ns /P) /639,9, adimensional Ecuación

No5

Donde: η: viscosidad absoluta del aceite a la temperatura de operación, centipoises ns: velocidad de giro del eje, rpm. P: presión unitaria debida a la carga que soporta el cojinete liso, Kgf/cm2 (Lbf/pulg2). 639,9: es el valor numérico límite entre condiciones de lubricación EHL y fluida. Ver gráfico No2

Gráfico No2

Condiciones de lubricación EHL y fluida en cojinetes lisos

La capacidad de carga del lubricante, de acuerdo con la generación de aditivos EP que contenga se especifica en la Tabla No4.

31

Tabla No4 Capacidad de carga de los aditivos

EP

No Generación de aditivo EP Capacidad de carga

01 1ra generación Hasta 350 02 2da generación Mayor de 350 kgf y hasta 750

03 3ra generación Mayor de 750 kgf y hasta 1300

Características de los lubricantes con aditivos EP

Lubricantes EP de 1ra generación

El desempeño de estos lubricantes es bueno, pero su coeficiente de fricción combinado fc (fricción sólida y fluida) es alto y dan lugar a un área de soporte de carga equivalente a un 25% del área aparente del mecanismo. De este tipo de lubricantes se tienen dos grupos generales:

- Compuestos ó “Compound” que son una mezcla de un 95-97% de aceite

mineral ó sintético y un 3-5% de ácidos grasos; reaccionan con las superficies metálicas a temperaturas menores ó iguales a los 80°C en el punto de contacto, y por encima de este valor se desprenden dando lugar al contacto metal-metal y por lo tanto al desgaste del mecanismo.

- Compuestos de tipo químico como los esteres clorados, la manteca de cerdo sulfurada y el tricresilfosfato. Estos aditivos reaccionan químicamente con las superficies metálicas por encima de los 80°C en el punto de contacto; por debajo de esta temperatura su velocidad de reacción es muy baja ó no reaccionan.

- Cuando la temperatura de las rugosidades de un mecanismo que funciona bajo condiciones de lubricación EHL es fluctuante y puede variar entre menos y más 80°C se deben utilizar lubricantes que tengan aditivos a base de ácidos grasos y de tipo químico.

- Como en la práctica es difícil cuantificar en forma precisa la temperatura de 80°C en el punto de contacto, se toma como referencia para utilizar uno u otro tipo de aditivos EP una temperatura de 50°C en la superficie de la carcasa en la cual se encuentra alojado el mecanismo.

Lubricantes EP de 2da generación

Estos lubricantes se caracterizan porque son una mezcla de un 95-97% de

aceite mineral ó sintético y un 3-5% de un lubricante de película sólida como el bisulfuro de molibdeno, grafito, tungsteno, Teflón ó boratos. El más utilizado en la actualidad es el bisulfuro de molibdeno. Este lubricante se caracteriza porque

32

además de recubrir totalmente el perfil de las rugosidades de las dos superficies, rellena parte de los valles de las mismas, incrementando el área de soporte de carga a un 40% del área total del mecanismo. El coeficiente de fricción combinado de estos lubricantes es menor que el de los de 1ra generación.

Lubricantes EP de 3ra generación

Estos lubricantes poseen aditivos de base órgano-metálica, a base de cloro y

de fósforo, los cuales cuando las superficies de fricción están sometidas a elevadas presiones liberan átomos metálicos que eutécticamente bajan el punto de fusión de las crestas más sobresalientes, haciendo que se deformen plásticamente llenando los valles de las irregularidades de las superficies. El área de soporte de carga llega a ser hasta un 75% del área total del mecanismo. Estos lubricantes presentan los coeficientes de fricción combinados más bajos dentro del grupo de lubricantes EP.

Las ventajas más importantes de los lubricantes de 3ra generación son el menor

consumo de energía, menor fatiga de las piezas lubricadas al aumentar el área de soporte de carga, corrección de fallas como pitting incipiente ó descostrado en dientes de engranajes, reducción de la temperatura de operación, del nivel del ruido y las vibraciones. Son de obligatoria utilización si el factor de seguridad de la película lubricante λ, es menor de 0,07, independientemente del tipo de mecanismo lubricado.

La curva de stribeck

La curva de Stribeck es un gráfico clásico basado en el estudio de la lubricación de un eje liso, en contacto con su cojinete lo cual provoca el desgaste. A medida que aumenta el número de revoluciones, se forma una cuña de aceite lubricante que produce una película protectora entre el cojinete y el eje. Este fenómeno se reconoce por lo que llamamos lubricación hidrodinámica e impide el desgaste. A muy bajas velocidades predomina la lubricación por capa límite. Toda la carga es soportada por las crestas de la superficie en el área de contacto A velocidades altas se crea un efecto de cuña entre el fluido y el objeto. La presión hidrodinámica separa completamente el objeto de la superficie.

La curva de Stribeck puede dividirse en tres zonas: 1 . Zona I: lubricación hidrodinámica y elastohidrodinámica.

Las superficies del cojinete están perfectamente separadas con un película gruesa de fluido: no hay contacto directo entre las superficies que deslizan y por tanto prácticamente no hay desgaste. A medida que la viscosidad disminuye, decrece la película hasta el punto C

33

2. Zona II: lubricación mixta o elastohidrodinámica parcial. Es una transición entre la lubricación hidrodinámica y la marginal, generalmente observada en el arranque o en la parada de maquinaria. 3. Zona III: lubricación marginal.

Donde toda la lubricación depende de los aditivos del lubricante que esta inmóvil o con un despliegue de velocidad casi nula.

Fig. 8 Efecto de la viscosidad en la lubricación

De la Fig. 8 se puede deducir:

1. Estando en la zona I, a medida que la viscosidad disminuye también decrece el espesor de la película hasta el punto C. Una mayor disminución de la viscosidad hace que pasemos al punto B en el que se produce contacto ocasional entre las dos superficies debido a que la película es de muy pequeño espesor: el rozamiento en B y C es prácticamente igual, aunque en B la viscosidad del fluido es menor la resistencia al desplazamiento se debe en este caso al contacto entre las asperezas. 2. El punto C es el punto ideal de funcionamiento -delimita además la zona estable de la inestable- puesto que proporciona un rozamiento mínimo con prácticamente desgaste nulo. En la práctica se prefiere trabajar ligeramente a la derecha de C para tener un margen de seguridad.

3. Si en el punto B reducimos ligeramente la viscosidad rápidamente crece el coeficiente de rozamiento hasta el punto A. A partir de este punto la mayor parte de la carga es soportada por las asperidades y por tanto un reducción mayor de la viscosidad tiene muy poca influencia en el coeficiente de rozamiento.

34

Fundamentos de la lubricación Una lubricación correcta y un mantenimiento regular son importantes para un funcionamiento fiable y una prolongada duración de vida de los rodamientos.

Función del lubricante El lubricante sirve para, figura 1:

Formar una película lubricante con suficiente capacidad de carga entre las superficies en contacto y evitar, de esta forma, el desgaste y la fatiga prematuras

En la lubricación con aceite, evacuar el calor

En la lubricación con grasa, obturar el rodamiento hacia el exterior para evitar que penetre suciedad sólida o líquida

Amortiguar el ruido de funcionamiento Proteger contra la corrosión .

Figura 1. Función del lubricante 1.- Formar una película lubricante capaz de absorber carga 2.- En la lubricación con aceite, evacuar el calor 3.- En la lubricación con grasa, obturar el rodamiento hacia el exterior contra las impurezas 4.- Amortiguar el ruido de funcionamiento 5.- Proteger contra la corrosión

35

Selección del tipo de lubricación

Durante la construcción, definir lo antes posible si los rodamientos se deben lubricar con grasa o aceite.

Para el tipo de lubricación y la cantidad de lubricante son esenciales: -Las condiciones de funcionamiento -El tipo y el tamaño del rodamiento -La construcción anexa - La forma de aportación del lubricante

Criterios para la lubricación con grasa:

En la lubricación con grasa, deben respetarse los siguientes criterios: Costes constructivos muy reducidos -El efecto obturador -La capacidad de depósito -Larga duración en servicio con bajos costes de mantenimiento (según las circunstancias, es posible la lubricación para toda su vida útil) -Para el reengrase tener en cuenta, en caso necesario, un espacio para la grasa usada y para las conducciones de alimentación -No hay evacuación de calor por el lubricante -No hay efecto de lavado de partículas procedentes del desgaste u otras partículas.

Criterios para la lubricación con aceite: En caso de lubricación con aceite, tener en cuenta: -Buena aportación y distribución de lubricante en el área de contacto -Es posible la evacuación de calor del rodamiento (importante, especialmente para elevadas velocidades de giro y altas cargas) -Lavado de partículas procedentes del desgaste -En caso de lubricación mínima, las pérdidas debidas al rozamiento son muy reducidas -Se requiere una conducción y unas obturaciones más sofisticadas.

Bajo condiciones de funcionamiento extremas (por ejemplo, altas temperaturas, vacío, entornos agresivos) se pueden realizar, previa consulta con el servicio de ingeniería de Schaeffler, procedimientos especiales de lubricación, como la lubricación mediante lubricantes sólidos.

36

Diseño de las conducciones de lubricante:

Los tubos de conducción y de los agujeros de lubricación en los alojamientos y en los ejes, figura 2 y figura 3: -Deben llevar directamente al punto de lubricación del rodamiento -Ser lo más cortos posible -Prever, para cada rodamiento, su propia conducción. Prestar atención a los tubos llenos, figura 2 y, si es preciso, purgar el aire Tener en cuenta las indicaciones del fabricante del dispositivo de engrase

Figura 2 Conducciones de lubricante Figura 3 Disposición de las conducciones de lubricante para varios rodamientos sobre

un mismo eje.

Factores que influyen en la Lubricación Existen muchos factores que influyen en una buena lubricación de maquinaria,

algunos de estos factores son los siguientes: a. La viscosidad del lubricante: Es el factor más importante, si la viscosidad del lubricante es demasiado baja, significa que el lubricante es muy delgado, y no será capaz de formar una cuña de aceite adecuada, esto quiere decir que le será imposible generar suficiente presión para separar las superficies móviles. Si por otro lado, la viscosidad es demasiado alta, el espesor de la película de lubricante puede restringir el movimiento relativo entre las dos superficies.

37

b.- El diseño del elemento de máquina: La forma de las superficies lubricadas debe favorecer la formación de una cuña de aceite. Por lo tanto debe haber un espacio adecuado entre las superficies móviles para la correcta lubricación de estas. c.- Alimentación del lubricante: Claramente la lubricación hidrodinámica no se puede desarrollar si hay falta de lubricante. El método de alimentación ya sea este manual o por algún otro sistema de lubricación (automático, centralizada, baño, niebla, por goteo, etc.) debe ser el adecuado. d.- La carga de trabajo: A cualquier temperatura dada, un incremento de la carga tendera a disminuir la película de aceite. Una carga excesiva tiende a incrementar la fricción y por ende el desgaste de los elementos constitutivos del equipo. e.- Condiciones del medio de trabajo: Se le llaman condiciones del medio de trabajo a las distintas amenazas en contra del lubricante producidas por el medio en que se encuentra, ya sean estas el polvo del medio, el lavado por agua de los elementos de máquina, etc

Factores a considerar en la selección de lubricantes

Al elegir un lubricante conveniente para un trabajo específico es frecuentemente difícil. En primer lugar el diseñador podrá decir el tipo de lubricante que debe usarse, bien sean: grasa, aceite o sólidos y proveerán los aditamentos de lubricación apropiados Muchas máquinas son diseñadas y construidas y no se dice la manera de como los rodamientos y otras partes deben ser lubricadas. Usualmente hay que decir qué tipo de aceite se debe usar. Frecuentemente es fácil y sale barato usar un aceite innecesariamente bueno, caro para un trabajo particular si la mayoría de las máquinas de la planta requieren el mejor aceite.

Los lubricantes sólidos son usados para las siguientes aplicaciones: • Para rodamientos que deben permanecer estacionarios por tiempos muy largos pero los cuales deben permanecer libres y listos para usarse en cualquier momento, especialmente bajo condiciones de altas temperaturas o cuando la lubricación fluida puede ser lavada. Ejemplo. válvulas de emergencia para vapor. • Para facilitar el desmontaje de roscas y partes similares expuestas al calor o a la corrosión. • Entre superficies expuestas a daños debido a vibraciones. • Para guías deslizantes o ejes en cojinetes planos operando bajo cargas muy pesadas y bajas velocidades o a temperaturas muy altas.

38

Para todas estas aplicaciones se puede emplear grafito o sulfitos de tungsteno o molibdeno. Otras pastas dentro de la superficie como polvos o aplicadas como suspensión en el aceite volátil o agua, las cuales se evaporan después que han depositado el lubricante sólido dentro del cojinete. Adhesivos "portadores" tales como glicerina o jarabe de maíz. Pueden usarse cuando se dificulta llevar el lubricante sobre la superficie y se ha formado una capa o placa sobre el metal. Las grasas se usan para:

• Rodamientos donde el aceite puede salirse o cuando es necesario prevenir el goteo sobre otras partes o productos. • Cuando las temperaturas están sobre o bajo aquellas a que normalmente pueden usarse los aceites. Normalmente en rangos de temperatura de 1 O a 30°F y a 175 a 250°F • Cuando la lubricación deba extenderse por grandes penados sin ninguna atención. Un ejemplo son los motores eléctricos que normalmente deben lubricarse cada año.

Los aceites son los lubricantes normalmente preferidos y son indudablemente los lubricantes más efectivos en CoJinetes planos, son más convenientes y fáciles de manejar y aplicar que los lubricante sólidos o grasas. Cuando sean necesarias sustituciones se pueden seguir reglas generales.

• Un aceite de automóvil o diesel puede usarse para aplicaciones hidráulicas, cuando la contaminación con agua no e s mucha; pero no deben usarse para turbinas u otras aplicaciones donde el agua es mucha. • Aceites compuestos no deben usarse en aplicaciones donde el aceite está expuesto a mucha oxidación, y nunca deben usarse en sistemas de Circulación.

• Si no puede conseguirse aceite de la viscosidad correcta. Un aceite más pesado es preferible a uno m ás liviano dentro de límites razonables. Excepto en mecanismos muy delicados, que debe ser lo contrario. • Cuando un eje gira muy caliente aceites para cilindros de vapor o lubricantes para piñones E. P. pueden ayudar a conservarlo trabajando hasta que pueda ser reparado, antes de que quede fuera de servicio. A pesar de que ya se analizaron los diferentes criterios técnicos para la correcta selección de un aceite, se reiteraran factores y conceptos críticos. Igualmente se presentarán análisis prácticos, como ayuda para la selección.

39

Consideraciones para selección de un lubricante para cojinetes lisos • La Viscosidad del lubricante juega un papel Importante en la selección del lubricante y debe ser Inversamente proporcional a la velocidad y directamente proporcional a la carga • Teóricamente debe estudiarse a los cojinetes bajo lubricación hidrodinámica, pero en la realidad tenemos lubricación untuosa o límite para la cual debe contarse con la untuosidad buena del lubricante como en· guías y deslizadores de lenta velocidad de traslación y fuertes cargas • Las altas temperaturas de trabajo exigen alta resistencia a la oxidación en el lubricante y adecuada selección de la viscosidad. • Las altas cargas dinámicas, vibraciones , choques y cambios de dirección exigen altas resistencias a la película , o sea aditivos E. P o milo presiones; además de la viscosidad adecuada .

• El sistema de lubricación que se usa influye también en la selección del lubricante.

Método de Selección de lubricante para Cojinetes

Existen varios parámetros que se utilizan para la selección del lubricante de un cojinete de cualquier tipo que este sea, esto varía dependiendo del fabricante ya que en sus catálogos se encuentran algunos lineamientos generales con respecto a la lubricación de sus productos.

Generalmente se recomiendan aceites de alta calidad con inhibidores de herrumbre y oxidación (R & O), especialmente cuando las condiciones de altas temperaturas pueden oxidar el aceite y llevar a la formación de contaminantes, en el caso de la grasa esta se elige en ocasiones en donde el cojinete trabaja a bajas velocidades y en áreas en donde es poco probable que reciban atención.

Para seleccionar la viscosidad adecuada del lubricante de un cojinete se utiliza la figura N°1 la cual relaciona el diámetro del eje, la velocidad y la temperatura de trabajo [6]. Con estos antecedentes se puede obtener una viscosidad con la cual se seleccionará el lubricante adecuado.

40

Factor dn = Diámetro del eje en mm * RPM

Si se supone un rodamiento con diámetro de eje de 80mm girando a

200RPM y a una temperatura de trabajo de 90°C, la viscosidad correcta será: Factor dn = 80*200=16000

En el gráfico se toma la línea horizontal de los 16000 hasta el punto de intersección con los 90°C transformados a grados Fahrenheit esto sería 194°F, este punto se encuentra entre las curvas de viscosidad 1400 y 1600 SSU, aproximadamente 1500 SSU equivalente a un grado ISO N°320 (ver anexo A).

Con este método se selecciona el aceite ISO N°320 que tenga además inhibidores e herrumbre y oxidación (R & O), estas características son deseables en los lubricantes de cojinetes.

En caso de que la carga no se conozca es recomendable utilizar un aceite por lo menos que tenga la siguiente viscosidad de la que se obtiene con la temperatura (procedimiento antes efectuado), en este caso específico sería un ISO N°460, N°460EP o N°460C dependiendo de la aplicación.

En el caso de que se requiera utilizar grasa es importante elegir la más blanda, podría ser una de grado NGLI1 (la más utilizada en la industria para esta aplicación) y así probar hasta la NGL3 (estas son las que se utilizan comúnmente en la lubricación de cojinetes), además se debe tener en cuenta que estas deben estar compuestas por una base jabonosa de alto grado y un aceite refinado libre de ácidos [6].

41

Especificaciones técnicas de los Aceites Lubricantes

Las diversas propiedades físico químicas de los aceites, definen y caracterizan el uso de estos. Por lo tanto se hace necesario uniformar criterios tanto de medición de sus especificaciones, como de clasificación y denominación. Es así como organismos internacionales tales como SAE, API y ASTM, se han preocupado de normalizar las denominaciones, caracterización y medición de propiedades de los lubricantes. En la figura siguiente se esquematiza lo indicado.

Figura N°5 Relación entre las asociaciones técnicas de la industria de los lubricantes

A continuación se procede a detallar las características más importantes de

los lubricantes líquidos

Viscosidad

Viscosidad es la resistencia del aceite a fluir y es la cualidad singular más importante a tener en cuenta para la selección del aceite.

Existen dos tipos de viscosidad uno de ellos es la viscosidad absoluta y la cinemática. La viscosidad absoluta representa la viscosidad real de un líquido y se mide por el tiempo que demora un lubricante en fluir por una serie de tubos capilares estrechos a una temperatura dada. Las unidades de viscosidad absoluta mas utilizadas son las siguientes:

- Poise (en sistema métrico): 1 Poise = 1 (dina * s)/cm2

- Reyn (en sistema ingles): 1 Reyn = 1 (lbf * s)/pulg2

SAE Define la necesidad

de lubricar

ASTM Define los métodos de

prueba

API Desarrolla el lenguaje

para el consumidor

42

La viscosidad cinemática es la más utilizada para expresar esta propiedad del fluido. La viscosidad cinemática o de movimiento del fluido equivale a la viscosidad absoluta dividida por su densidad (ambas propiedades bajo las mismas condiciones de temperatura y las mismas unidades). La unidad más utilizada para expresar la viscosidad cinemática es el Centistoke.

En general la viscosidad de un aceite se puede especificar en alguna de las siguientes unidades:

- Segundos Saybolt Universal (SSU)

- Segundos Saybolt Furol (SSF) para aceite s de mayor viscosidad

-Centistokes (Cst)

- Segundos Redwood No. 1, Universal

- Segundos Redwood No. 2, Admiralty

- Grados Engler (°E)

La viscosidad es medida generalmente según ASTM-D-445, en este método se emplea un Viscosímetro Saybolt Universal (VSU), que mide el tiempo que tardan 60 ml de lubricante en escurrir por un tubo de 17.6 mm de diámetro y 12.25 mm de longitud a una temperatura dada.

Los lubricantes que fluyen libremente; se dice que tienen baja viscosidad y puede que no soporten cargas entre los elementos. En cambio los que tienen alta resistencia a fluir, se dice que tienen alta viscosidad, este sin embargo, en algunos casos no es capaz de llegar a todos los intersticios. La viscosidad de todos los lubricantes decrece con la temperatura, pero no de la misma manera.

Como 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. La viscosidad necesaria para lubricar un equipo va a depender de las condiciones a que estén expuestos los equipos y sus distintos elementos.

Índice de viscosidad (V)

El índice de viscosidad se considera como una importante característica

para la selección de un aceite lubricante. Las variaciones de temperatura afectan a la viscosidad del lubricante generando cambios en ésta, lo que implica que a altas temperaturas la viscosidad decrece y a bajas temperaturas aumenta.

Para la creación del índice de Viscosidad se tomaron arbitrariamente diferentes tipos de aceite y se midió su viscosidad a 40°C y 100°C, el 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” de índice.

43

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

De lo señalado se deduce que es más conveniente el uso de lubricantes con un alto índice de viscosidad, dado que en procesos en los cuales se presenten variaciones importantes de temperatura el lubricante se mantendrá con una viscosidad relativamente constante.

Estabilidad a la oxidación

Cuando un lubricante se expone al calor y al aire, tiene lugar una reacción química

llamada oxidación. Los productos de esta reacción incluyen lodos, barnices, resinas y ácidos corrosivos y no corrosivos. La oxidación suele ser acompañada por un aumento en la viscosidad. Los aceites de petróleo son compuestos orgánicos y por ende pueden sufrir oxidación, esta propiedad es de suma importancia, dependiendo del uso que se le dé al lubricante. La rapidez de oxidación va a depender de las propiedades químicas del aceite, de la temperatura ambiente, etc. Además de la presencia de catalizadores de la oxidación como algunos contaminantes. La prueba que se utiliza para medir la oxidación es la D-943 (ASTM). Se realiza en condiciones estándar y se mide el tiempo que demora la acidez del lubricante en aumentar hasta una cantidad preestablecida. Mientras más estable es el lubricante mas tiempo tardará en llegar al nivel de acidez.

Densidad

También llamada Gravedad API, está definida como la masa de un aceite

lubricante por unidad de volumen de la misma, a determinada temperatura.

44

Número de Neutralización

Es una medida de la acidez o alcalinidad de un aceite. Usualmente se indica como el número ácido total (TAN) que es la cantidad de componentes de tipo ácido en el lubricante y el número total base (TBN) que es una expresión de la cantidad de aditivos alcalinos en el lubricante, los que pueden neutralizar los productos ácidos. Estos índices se expresan en miligramos de hidróxido de potasio requerido para neutralizar el contenido ácido o básico de una muestra de 1g de aceite (mg KOH/gr)

Número de Saponificación

También llamado número SAP, es un indicador de la cantidad de material graso contenido en un lubricante. El número SAP varía de cero para un aceite que no contiene material graso a 200 para un lubricante compuesto en su totalidad por materiales grasos.

Punto de fluencia

El punto de fluencia es la temperatura más baja a la cual el aceite permanece fluido sometido a cierta prueba de laboratorio. Indica a cuán baja temperatura se podrá usar un aceite confiando todavía en el valor de la densidad. Muchos aceites contienen ingredientes parafínicos que le comunican ciertas características deseables al aceite, pero que tienen la desventaja de cristalizar a bajas temperaturas

Punto de inflamación

Al calentar un aceite, las fracciones más livianas tienden a evaporarse. La

temperatura a la cual los vapores ante la presencia de una llama se inflaman, se denomina punto de inflamación. El descenso del punto de inflamación indica contaminación, con aceite liviano o por dilución del combustible, esta característica es de suma importancia cuando se seleccionan aceites para motores de combustión interna.

Punto de combustión

El punto de combustión es la temperatura a la cual los vapores del aceite se inflaman y son capaces de mantener una llama continua. Este punto de combustión suele ser en general de unos 330°C por arriba del punto de inflamación

Demulsibilidad

Se refiere a la capacidad del aceite para separarse del agua, mientras mejor sea

la demulsibilidad del lubricante más rápidamente se separará del agua cuando ambos se encuentren mezclados.

45

Los aceites hidráulicos sometidos a condiciones en donde el agua en alguna de sus formas está presente tienen problemas de condensación causados por diferenciales de temperatura dentro del depósito de aceite. Una buena separación del agua da menor desgaste de la bomba y una mejor resistencia de la película.

Oleosidad

Es la propiedad del lubricante para adherirse a las superficies en contacto (cojinetes, metales, etc.). La oleosidad no tiene relación con la viscosidad. Los lubricantes con gran oleosidad disminuyen el desgaste que puede ocasionarse entre las piezas debido a la capa multimolecular que se adhiere a las superficies.

46

EL Programa de lubricación utilizado

Tradicionalmente, la programación de la lubricación ha sido “basada en el tiempo”. Los proveedores de equipos regularmente recomiendan que la programación de la lubricación se lleve a cabo basado en las horas de operación. Adicionalmente, frecuentemente proveen instrucciones sobre la cantidad de lubricación que se tiene que aplicar durante estos procedimientos de mantenimiento programado.

El problema es que no todos los rodamientos tienen que ser lubricados cuando se cumple el programa de relubricación. O si necesitan ser lubricados, es posible que no necesiten que se agregue tanto lubricante como se establece en las órdenes de trabajo programado. El nivel de lubricación debe de ser fino y agregar más de lo adecuado resultara en un rodamiento sobre lubricado.

El concepto de establecer los intervalos de lubricación es basado en una simple premisa: mantener el rodamiento corriendo óptimamente mediante prevenir una condición de resequedad que causara un daño catastrófico. Este es un sólido concepto “preventivo”. Sin embargo existe un balance que debe cumplirse entre prevenir la falta de lubricación y el otro extremo, es decir la sobre lubricación. De hecho, una de las mayores causas de fallas en rodamientos es la sobre lubricación, aun más común que las fallas causadas por la falta de lubricación.

Para alcanzar la meta de la optimización de los equipos, es mejor saber cuándo hay que lubricar y cuando dejar de lubricar un rodamiento. Esto puede lograrse mediante una estrategia de lubricación basada en condición. Simplemente, la condición del rodamiento determina cuando hay que lubricar. Si el rodamiento está trabajando correctamente y no muestra ningún cambio que nos pudiera hacer pensar en re lubricar, ese rodamiento debería de quedarse de la misma manera. Si las condiciones cambian y el rodamiento demuestra una disminución en la cantidad de lubricante, entonces debemos de re lubricar. Monitorear el lubricante mientras este es aplicado también determinara que tanto lubricante hay que agregar y cuando detener su aplicación.

La tecnología de ultrasonido es ideal para los métodos de lubricación basados en condición. Con un equipo de inspección ultrasónica se puede establecer un programa que informara a los inspectores que rodamientos necesitan lubricación y ayudar a los técnicos de lubricación a saber exactamente cuanta lubricación hay que aplicar.

47

Para entender como estos instrumentos pueden trabajar efectivamente en ambientes ruidosos de una planta típica, uno debe de entender la tecnología de ultrasonido, como el ultrasonido es producido por los rodamientos y como el equipo de monitoreo de ultrasonido puede ayudar a mantener los niveles de lubricación adecuados en los rodamientos.

La tecnología es basada es el censado de sonidos de alta frecuencia. Se considera que ultrasonido empieza a 20,000 ciclos por segundo, o 20 KHz. Este es considerado el rango de alta frecuencia a la cual la audición humana no es capaz de alcanzar. Muchos de los instrumentos ultrasónicos empleados para monitorear equipos censaran desde 20 KHz hasta 100 KHz. El rango de la audición humana cubre frecuencias desde 20 ciclos por segundo hasta 20 KHz. Sin embargo en promedio el humano escucha hasta 16.5 KHz y no más.

Estas comparaciones de frecuencias son importantes porque hay diferencias en como viajan las ondas de baja frecuencia con respecto a las de alta frecuencia, lo que nos ayudara a entender porque el ultrasonido puede ser instituido efectivamente en un monitoreo de rodamientos y en los programas de lubricación.

Diferencias de Tamaño.

Existe una substancial diferencia en el tamaño de la baja frecuencia, o sonidos audibles, con respecto al tamaño de las ondas de alta frecuencia o ultrasonido. El tamaño de una onda de sonido audible de baja frecuencia estará en el rango de 1.9 cm hasta 17 m. Las ondas de ultrasonido están en un rango de 0.3 cm hasta un máximo de 1.6 cm. Estas diferencias físicas en la longitud de onda nos ayudan a entender porque el ultrasonido tiene una ventaja en cuanto al monitoreo de condición. Los sonidos de baja frecuencia, al ser tan grandes, tienden a mantener una alta intensidad del volumen del sonido a más grandes distancias que los sonidos de alta frecuencia. Los sonidos de alta frecuencia al tener magnitudes más pequeñas que los sonidos de baja frecuencia, no viajaran tan lejos. Como consecuencia, la amplitud caerá rápidamente mientras las ondas de sonido de alta frecuencia se vayan alejando de la fuente de sonido.

Las ondas de sonido de baja frecuencia tienden a viajar largas distancias y trabajar en ambientes de baja frecuencia complica en demasía la identificación de la fuente de sonido. Adicionalmente estas señales gruesas pueden producir efectos confusos en las cuales un sonido puede viajar de una parte a otra de la maquina produciendo resultados confusos e inexactos para las pruebas.

48

La longitud de onda de los sonidos ultrasónicos están en el rango de 0.3 cm hasta

1.6 cm

La longitud de onda de los sonidos audibles están en el rango de 1.9 cm hasta 17 m

Se les llama traductores ultrasónicos a los instrumentos basados en la tecnología

de ultrasonido propagado en aire/estructuras. Ellos reciben los sonidos inaudibles de alta frecuencia y los traducen electrónicamente a la baja frecuencia audible a través de un proceso denominado heterodino. El método heterodino trabaja de una manera similar al radio AM. Mientras que no podemos escuchar las ondas de radio, este método nos ayuda a identificar de manera sencilla diferentes voces e instrumentos musicales cuando escuchamos la radio. De manera similar el proceso heterodino provee una traducción exacta del ultrasonido producido por un equipo en operación y habilita la capacidad de los usuarios de poder identificar los sonidos de cada componente. La mayoría de los traductores ultrasónicos proveen retroalimentación de dos maneras: a través de los audífonos y en un medidor donde se puede ver la amplitud de estos sonidos ya sea como intensidad o como decibeles.

Procedimiento De Lubricación.

Es imperativo considerar dos elementos de una falla potencial: la falta y el exceso de lubricación. Las cargas normales de un rodamiento causan una deformación elástica de los elementos en el área de contacto proveyendo una distribución elíptica suave. Pero las superficies no son perfectamente lisas. Por esta razón, la distribución del estrés actual en el área de contacto se verá afectada por las rugosidades aleatorias de la superficie.

En presencia de una película de lubricante en la superficie del rodamiento, hay un efecto de humedecimiento y distribución del estrés, y la energía acústica producida será baja. Si el lubricante fuera reducido a un punto en donde la distribución del estrés ya no estuviera presente, las rugosidades normales harían contacto con las caras de las superficies e incrementaría la energía acústica. Estas deformidades microscópicas normales empezaran a producir desgaste y las posibilidades de que se desarrollen pequeñas fisuras contribuirán a la condición de “pre falla”. Así que, además del

49

desgaste normal, la fatiga o la vida de servicio del rodamiento está influenciada enormemente por el grosor relativo de la película de un lubricante adecuado.

Evitando la sobre lubricación.

Cuando se agrega demasiado lubricante en un rodamiento, se incrementa la

presión que puede llevar a un incremento de temperatura, que puede causar estrés y deformación de los rodamientos. O puede romper el sello del rodamiento permitiéndole al lubricante derramarse en áreas no deseadas, o permitirle a los contaminantes entrar en las pistas del rodamiento. Todas estas causas pueden llevarnos a la falla del rodamiento.

La cantidad apropiada del rodamiento es muy importante. Si el rodamiento es sobre lubricado este puede ser empujado excesivamente por el lubricante causando desgastes adicionales en el rodamiento. Por otro lado, si no hay suficiente lubricante el rodamiento frotara en las superficies sólidas, nuevamente acusando fricción y desgaste en el rodamiento. Cualquiera de los dos casos es perjudicial para la vida de los rodamientos. Utilizar el ultrasonido propagado en aire/estructuras elimina el dilema de la lubricación.

Monitoreo Ultrasónico

Los instrumentos ultrasónicos detectan cambios relacionados con la fricción. Un

rodamiento correctamente lubricado tendrá muy poca fricción. El lubricante iguala cualquier estrés que el rodamiento se encuentre mientras gira en las pistas, reduciendo el potencial de tener fricción destructiva. Mientras el rodamiento gire, produce un sonido reconocible similar al de una “cascada de agua” similar al del sonido suave de una fuga de aire en un neumático. A este sonido se le conoce como “ruido blanco”. Incluye todos los sonidos, de baja y alta frecuencia. Las ondas de alta frecuencia generadas por este ruido blanco son más localizables que las de baja frecuencia. Utilizando un traductor ultrasónico, estas señales pueden ser detectadas con poca o ninguna interferencia de otros sonidos mecánicos generados por otros componentes, como ejes u otros rodamientos cercanos.

Mientras el nivel de lubricación en un rodamiento disminuye o se deteriora, el potencial de fricción se incrementa. Habrá un incremento correspondiente en el nivel de amplitudes ultrasónicas que pueden ser escuchados. El método para determinar cuándo lubricar y cuando dejar de hacerlo con un instrumento ultrasónico es tan simple como: determinar una línea base, establecer el tiempo entre las inspecciones y monitorear mientras lubrica.

50

Determinando una Línea Base

Una línea base para un rodamiento refleja en decibeles el nivel al que está operando bajo condiciones normales sin defectos observables y una lubricación adecuada. Existen tres métodos para establecer la línea base: 1. Comparación: cuando hay más de un rodamiento del mismo tipo, carga y RPM, es posible comparar uno con otro. Cada rodamiento será inspeccionado en el mismo punto y ángulo. Se comparan los niveles de decibeles y la calidad de sonido. Si no hay diferencias substanciales (menos de 8 dB) se establece un nivel de dB como línea base para cada rodamiento. Esto se lleva a cabo usualmente con un traductor ultrasónico portátil. 2. Establecerla mientras se lubrica. Mientras aplica la lubricación, escuche hasta que el sonido caiga a su nivel más bajo y después empiece a subir. A ese punto no se debe de agregar más lubricante y el valor de dB se usa como línea base. 3. Histórico. Se obtienen los niveles de dB de una inspección inicial. Treinta días después de vuelven a tomar los niveles de dB y se comparan. Si hay poco (menos de 8 dB) o nulos cambios se establecen como línea base y se utilizan esos valores para futuras comparaciones.

Las líneas base regularmente se establecen con un traductor ultrasónico portátil

Estableciendo la Programación de las Inspecciones

La criticidad de los equipos está relacionada con la producción, con el impacto ambiental o con las consecuencias operativas de su falla potencial, estos factores son primordiales para saber qué equipo inspeccionar y que tan seguido. Después de que se haya llevado a cabo la inspección de establecimiento de líneas bases, en la mayoría de los casos se recomienda llevar una inspección mensual. Para rodamientos que tiene un nivel muy alto y que han sido frecuentemente re lubricados quizás sea necesario inspeccionarlos más constantemente para notar cualesquier cambio. Si un rodamiento está en la etapa de falla, el lubricante temporalmente enmascarara la falla. Sin embargo la falla rápidamente causara un incremento en el nivel de dB. En ciertas instancias esto ocurrirá en minutos, en otras, días.

Monitorear mientras Lubrica

Si un rodamiento excede los 8 dB sobre la línea base se puede llegar a la conclusión de que necesita lubricación. Una vez que se haya identificado el rodamiento que necesita lubricación, para prevenir la sobre lubricación, el técnico debería de saber cuándo dejar de aplicar el lubricante. Esto se puede alcanzar de 2 maneras:

Lubrique hasta que el nivel de dB caiga hasta la línea base. 1. El técnico de lubricación monitorea el rodamiento con un instrumento ultrasónico mientras se aplica el lubricante. Pero tenga cuidado, algunos lubricantes necesitan tiempo para cubrir uniformemente la superficie del rodamiento. Lubrique poco a poco hasta que el nivel de dB caiga hasta el nivel de la línea base. 2. Si no es posible utilizar un nivel de dB como guía, el lubricante será aplicado hasta que el sonido caiga y empieza a subir. En ese momento exacto el técnico debe de dejar de aplicar lubricante.

52

Si las lecturas no regresan a sus niveles originales y se mantienen altas, considere a ese rodamiento como que está en camino al modo de falla y revíselo constantemente.

Accesibilidad

Habrá muchas situaciones en donde será difícil tener acceso a algunos

rodamientos. Por ejemplo, hay maquinas complejas en donde los rodamientos están en un área donde solamente un tubo de relubricación se extiende por fuera de la cubierta de la máquina. Si el tubo de lubricación es de un metal conductivo como el cobre, el rodamiento todavía puede ser inspeccionado y establecer un nivel de acción de la lubricación. Si la adecuación es de un material que no conduce el sonido como el plástico, se puede instalar al rodamiento una guía de ondas independiente de un metal conductivo para poder monitorearlo. La guía de ondas puede ser aislada del ruido estructural de la maquina con un material plástico de aislamiento.

Si no es posible colocar una guía de onda, aún hay una alternativa posible. Montar un transductor permanente en la carcasa del rodamiento con un cable hacia el exterior. El cable puede tener un conector especializado que se pueda conectar al sensor ultrasónico como se muestra a continuación.

53

Sistemas de Auto Lubricación

Existen muchos debates acerca del uso de equipos de lubricación automático. En algunas instancias un sensor ultrasónico permanente puede utilizarse para encender o pagara un engrasador automático en vez de tener operándolo a flujo constante. Cuando el nivel de sonido supera los 8 dB, el rodamiento será lubricado automáticamente. Si no sucede esa condición el lubricante no será liberado. Este método puede asegurar una lubricación adecuada ya que no existe ningún otro método que de manera tan eficiente detecte cambios en fricción y lubricación.

La tecnología de ultrasonido es ideal para llevar a cabo programas de lubricación basados en condición. La naturaleza de ondas cortas reduce la interferencia de sonidos competidores y permiten al inspector monitorear efectivamente la condición del rodamiento. Al establecer el nivel de alarma a 8 dB por encima de la línea base, los inspectores sabrán cuando lubricar y cuando no hacerlo. La sobre lubricación se puede evitar al aplicar solamente la cantidad de lubricante necesaria para llegar a la línea base o notar una disminución en la intensidad de sonido cuando no hay un nivel de dB disponible.

54

Lubricantes comerciales utilizados y sus características.

Cojinetes: Como lubricantes se emplean sólidos, gases y líquidos, pero aquí tratamos brevemente de los lubricantes líquidos únicamente. Los más importantes son los aceites de petróleo, que ordinariamente contienen uno o más aditivos que mejoran alguna de las propiedades. Las finalidades de los aditivos son entre otras: reducir la velocidad de oxidación(antioxidantes: fosforo, azufre, etc.); conservar limpias las superficies de un motor de combustión interna (detergentes) manteniendo en suspensión las partículas insolubles: reducir la corrosión (anticorrosivos o inhibidores de corrosión), por adición de compuestos que tienen moléculas polares las cuales ataquen a la superficie; aumentar la capacidad de carga para lubricación limite (agente para extrema presión), necesario para diferenciales hipoidales de automoción, por ejemplo, para bajar el punto de congelación; para manejar el punto de viscosidad; para impedir la formación de espuma, beneficiosos cuando el aceite está sometido a batido intenso. Cuando el uso de los aceite de petróleo está limitado a un margen de temperaturas de aproximadamente -23° C a 121°C, se han creado y están siendo desarrollados los lubricantes líquidos sintéticos. Se cuentan entre los preferidos las siliconas, que tienen un alto índice de viscosidad y han sido utilizados a -73°C y a 104°C o más.

La grasa para rodamiento skf: La gama de grasas lubricantes para rodamientos comprende 6 tipos y

cubren virtualmente los requisitos de todas las aplicaciones. Estas grasas han sido desarrolladas en base a los más modernos conocimientos relacionados a la lubricación de rodamiento y han sido sometidas a rigurosas pruebas tanto pruebas tanto prácticas como de laboratorio y skf supervisa constantemente su calidad. Los datos técnicos más importantes de las grasas se dan a en las tabla siguiente.

55

Fallas debidas a la lubricación.

Cojinetes.

Desgaste abrasivo

Presenta rayado o acanalado de la superficie por acción de partículas abrasivas con desprendimiento de material. Puede llegar a notarse partículas incrustadas en los extremos de las canales.

Algunas causas: - Partículas contaminantes en el lubricante (pueden provenir del exterior o ser resultado del desgaste interno de la maquina) - Partículas desprendidas del mismo cojinete por cavitación o fatiga superficial, que generan el rayado. - Sistema de filtrado en el sistema de lubricación deteriorado.

Desgaste adhesivo

Presenta barrido del material en la dirección de deslizamiento y/o decoloración por pérdida del mismo, debido a contacto íntimo entre el cojinete y el eje. Ya que dicho contacto obedece a la pérdida total o parcial de la película lubricante, se le conoce también como falla por ruptura de película lubricante.

56

Algunas causas: - Arranques fríos que generan bajo flujo de aceite por alta viscosidad. - Bajo caudal y/o presión de aceite por obstrucción o fugas. - Baja viscosidad por aceite inapropiado o alta temperatura. - Cargas severas que generen contacto de eje y cojinete - Desalineamiento que generan roces entre eje y cojinete (en bordes). - Juego entre eje y cojinete inapropiado (alto) - Arranque inapropiado de máquina por no encender la bomba de lubricación primero cuando ello es necesario.

Cavitación

Desprendimiento de material a causa de la implosión intermitente de burbujas formadas en el aceite por cambios bruscos de presión. Tiende a presentarse cerca de agujeros de lubricación o en las superficies de los cojinetes orientadas en la dirección de aplicación de las mayores cargas por parte del eje.

Algunas causas: - Velocidades o temperaturas de cojinetes o aceite altas. - Fuerzas cíclicas severas sobre los cojinetes, por ejemplo las producidas por autoencendidos o detonaciones en motores. - Juego entre eje y cojinete inapropiado. - Vibración excesiva. - Diseño no apropiado del cojinete o del muñón. - Contaminación del aceite con gases o presión inadecuada. - aceite no apropiado o con tendencia a formar espuma.

Descarga eléctrica.

El paso de corriente eléctrica entre cojinetes y ejes a través de la película lubricante, genera finas picaduras similares a las de la fatiga superficial,

57

producto de la fusión de pequeñas zonas por la acción del arco eléctrico. Este modo de falla es común en motores y generadores eléctricos.

Algunas causas: - Inadecuada puesta a tierra de motores o generadores eléctricos, que desemboca en corrientes parásitas entre carcazas y rotores a través de los cojinetes. - Degradación del aislamiento de los embobinados. - Procedimiento inadecuado de reparación por soldadura en una máquina que haya originado paso de corriente eléctrica entre eje y cojinetes, por ubicación no apropiada de la pinza (masa). - Contaminación del lubricante con partículas o líquidos conductores.

Depósitos y/o corrosión.

Se presenta cuando se forma sobre el material de deslizamiento un depósito producto de degradación u oxidación de aceite o cuando el material de deslizamiento se corroe. La corrosión puede ser generalizada, por gradiente de concentración o por rendija, mediante los mecanismos uniforme o por picadura.

Algunas causas: - Sobretemperatura del aceite - Contaminación del aceite por agua o gases en el caso de compresores - Contaminación del lubricante con agua salada

58

- Uso de un lubricante con aditivos ricos en azufre

Giro y deformación

Se presenta desgaste adhesivo y/o deformación en la cara de asentamiento del cojinete, por giro o desplazamiento axial del mismo respecto a su posición normal.

Algunas causas: - Excesiva carga sobre los cojinetes. - Lubricante inadecuado o deficiencias del sistema de lubricación - Juego excesivo entre cojinete y asentamiento o mal montaje - Ausencia de pestañas o arandelas de fijación en los cojinetes, o fuerza de apriete insuficiente entre cojinete y asentamiento. - Consecuencia del desgaste adhesivo severo

Rodamientos.

Si no hay suficiente lubricante o si este ha perdido sus propiedades lubricantes, no es posible formar una película de aceite con suficiente capacidad de carga. Se produce contacto metálico entre los elementos rodantes y los caminos de rodadura. En su fase inicial, el desgaste que allí se origina tiene más o menos el mismo efecto que el lapeado (operación de mecanizado en la que se frotan dos superficies con un abrasivo de grano muy fino entre ambas, para mejorar el acabado y disminuir la rugosidad superficial.). Los picos de rugosidad, remanentes del proceso de fabricación, se desprenden y, al mismo tiempo, se obtiene un efecto de laminado. Esto confiere a las superficies correspondientes un grado irregular de acabador especular. La fatiga superficial también puede surgir en esta etapa.

59

Si el lubricante está completamente agotado, la temperatura se elevará rápidamente. Entonces el material templado se reviene y la superficie adquiere matices azules a pardo. La temperatura puede llegar incluso a ser tan alta como para producir el gripado del rodamiento.

Un 36% de las fallas de rodamientos son causados por mala lubricación. Esto puede ser por grasa inadecuada, exceso de grasa o falta de grasa. Los lúbricos que aprendieron a engrasar crucetas de camiones son los responsables de este constante problema porque se engrasa la cruceta hasta que salga la nueva grasa, pero no es correcto hacerlo con el rodamiento.

Existen diversas causas para la mayoría de las fallas en los rodamientos, de las cuales la lubricación es un factor importante a tomar en cuenta, a la hora de buscar la causa de la falla. E aquí algunas fallas donde la lubricación puede ser la responsable.

Fatiga superficial Se desarrolla en servicio un agrietamiento en las superficies con

posterior pérdida de material, el cual puede ser poco profundo (micropicado) o generar descascaramiento de áreas grandes y profundas (macropicado).

Algunas causas: - Carga de servicio superior a la esperada o fuerza de apriete (montaje) elevada - Montaje inadecuado que distorsione las pistas o genere desalineamientos - Gradientes de temperatura que generen esfuerzos térmicos elevados - Consecuencia de la identación, corrosión, descarga eléctrica o ludimiento - Lubricante o lubricación inadecuada.

Descarga eléctrica

Por paso de corriente eléctrica AC o DC a través del rodamiento se

generan arcos eléctricos entre los elementos rodantes, las pistas y las jaulas, que erosionan las superficies debido a fusión a pequeña escala. Producto de

60

los arcos se pueden generar patrones de estrías o cráteres profundos si la corriente es alta.

Algunas causas: - Problemas en el aislamiento eléctrico, contaminación del lubricante con líquidos o partículas conductoras o ausencia de polo a tierra en maquinaria que lo requiera. - No usar rodamientos con aislamiento eléctrico cuando la aplicación lo requiere. - Proceso de reparación inadecuado por soldadura de una máquina, que haga circular la corriente a través de los rodamientos (inapropiada ubicación de la pinza o masa)

Desgaste abrasivo

Se presenta en servicio la generación de un rayado abrasivo sobre las superficies de rodadura y también sobre las jaulas, indicando que se está perdiendo material por abrasión. Normalmente está acompañado el proceso por la identación.

Algunas causas: - Contaminación del lubricante con partículas abrasivas provenientes del medio - Contaminación del lubricante con partículas metálicas provenientes de una zona desgastada. - Problemas en sellos y/o filtrado del sistema de lubricación. - Montaje y/o mantenimiento inapropiado que permite el acceso de partículas al lubricante.

61

Desgaste adhesivo

Se presenta en servicio pérdida de material por contacto metal-metal

entre las partes en rodamiento incluyendo las jaulas, producto de la pérdida parcial o total de la película lubricante. Si la perdida de lubricación es parcial las zonas de contacto se pulen y si es total se eleva fuertemente la temperatura quemando el lubricante, oxidándose las partes o incluso fundiéndose.

Algunas causas: - Lubricante inapropiado por baja viscosidad y/o bajo índice de viscosidad y/o falta de aditivos de extrema presíon y/o temperatura de operación alta. - Lubricación inapropiada por bajo caudal y/o baja presión. - Degradación del lubricante por sobretemperatura y/o contaminación con otros fluidos. - Sobrevelocidad y/o sobretemperatura de operación.

Corrosión

Se genera ataque corrosivo sobre las superficies de rodadura o las

jaulas, por la acción del lubricante o de otro fluido que entra en contacto con el rodamiento, generándose daño superficial y depósitos. Se puede presentar corrosión generalizada, por gradiente de concentración o por rendija, con mecanismo uniforme o por picadura.

62

Algunas causas: - Contaminación del lubricante con agua, otros lubricantes o fluidos de la máquina. - Degradación del lubricante por tiempo o por sobretemperatura. - Mala selección del lubricante por ausencia o deficiencia de aditivos antioxidantes y antiherrumbe. - Problemas en sellos del sistema de lubricación. - Mal almacenamiento o manipulación.

Identación.

Se trata de generación de cráteres o hendiduras sobre las superficies de rodadura, producto de la deformación plática derivada de fuerzas de contacto excesivas entre los elementos del rodamiento (macroindentaciones) y/o por presencia de partículas contaminantes entre ellos (microindentaciones).

Algunas causas: - Contaminación del lubricante con partículas abrasivas provenientes del medio. - Contaminación del lubricante con partículas metálicas provenientes de una zona desgastada. - Problemas en sellos y/o filtrado del sistema de lubricación. - Sobrecarga sobre el rodamiento especialmente por impactos durante operación o un mal montaje. - Fuerza de apriete (montaje) elevada.

Fractura.

Las pistas o las jaulas presentan agrietamiento o fractura en montaje o servicio, llevando algunas veces a destrucción total del rodamiento. Estas fracturas son generalmente súbitas.

63

Algunas causas: - Montaje incorrecto con impactos o excesiva fuerza de apriete. - Mala lubricación, carga excesiva o desgaste adhesivo. - Excesiva velocidad y/o alta vibración (crítico para las jaulas) - Desalineamiento, lubricante contaminado con partículas, consecuencia de picaduras e identaciones, giro por ajuste muy holgado o mecanizado irregular de eje o alojamientos.

64

Conclusión

Es importante para un Ingeniero conocer todo lo que una buena Gestión

de Lubricación ofrece como herramienta para mantener en óptimo estado los

equipos de los cuales está encargado. Entendiéndose por Gestión de

Lubricación el tener todo tipo de conocimientos en cuanto a la teoría en que se

sustenta, sus diversas aplicaciones, composiciones usos, entre otros.

Existe mucha información referida al tema de los lubricantes y

lubricación, información que en general es fácil de obtener, pero si no somos

capaces de clasificarla e identificar lo que realmente sirve, podemos caer en

malas prácticas. Este trabajo tiene el valor de haber investigado y recopilado la

información desde una óptica teórica práctica, para presentarla en forma

ordenada y de esta manera sirva como guía en un tema tan importante como es

la lubricación.

En muchas aplicaciones podremos contar con la referencia de algún

fabricante de lubricantes, el cual nos recomendara supuestamente lo que nos

conviene, recordemos que su misión siempre será vender más. Pero se nos

pueden presentar situaciones en las cuales no hay un seguimiento o plan de

lubricación, es entonces cuando debe actuar nuestro criterio, y elegir de forma

correcta si se debe utilizar grasa, aceite. Y qué tipo de aditivos se debe usar,

teniendo en cuenta ciertos factores La viscosidad del lubricante, El diseño del

elemento de máquina, Alimentación del lubricante, La carga de trabajo

Condiciones del medio de trabajo entre otros.

65

Bibliografía.

• http://rodamientos.wordpress.com/ • http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/elementos/Tema09.pdf • http://es.wikipedia.org/wiki/Rodamiento • http://www.monografias.com/trabajos83/lubricacion-rodamientos-

seleccion-grasa/lubricacion-rodamientos-seleccion-grasa.shtml • http://www.clubdemantenimiento.com/predictivo_proactivo/boletinnoticias

_20.pdf • http://widman.biz/boletines_informativos/10.pdf • http://www.docentes.unal.edu.co/eespejom/docs/Afiches_Modos_de_Fall

a/Afiche_Falla_Rodamientos_E_Espejo_Sept_2011_500x700.pdf • catalogo skf • libro elementos de máquinas (Norton)

66