“COMPORTAMIENTO DE LOS LUBRICANTES

BAJO DIFERENTES CONDICIONES DE TRABAJO”

TEORIAS DE LA LUBRICACION

El significado de la acción lubricante durante la fricción fluida se determina principalmente por sus propiedades viscosas.

En condiciones ideales de lubricación fluida se garantiza que no haya contacto entre superficies. El lubricante forma una capa intermedia entre ellas y así el proceso de fricción seca entre dos superficies se convierte en un proceso de fricción interna en la propia sustancia lubricante.

El fundamento de la teoría hidrodinámica permitió elaborar a su vez una teoría de la lubricación fluida que fue conformada experimentalmente y aplicada en la práctica, por lo que en todos los casos en los que entre las superficies de deslizamiento no se cumplen las condiciones de lubricación hidrodinámica (es decir, alta presión específica, bajas velocidades de traslación relativa, poco lubricante) las características fundamentales de fricción y desgaste se determinan por la presencia de una fina capa de material lubricante que es adsorbida por la superficie de fricción.

La estabilidad de esta capa depende de sus propiedades oleaginosas, cuya naturaleza no ha sido suficientemente definida.

La capa delgada está ligada fuertemente a las superficies metálicas por fuerzas de adsorción. La fricción en tal lubricación se llama “limite” y en ella se pierde el sentido la aplicación de todas las leyes de la fricción fluida.

Las capas fines de límites se comparan como cuerpos plásticos y tienen una determinada resistencia al cortante. Las investigaciones han demostrado que ellas poseen capacidad para disminuir la fricción, protegiendo así las superficies. Este efecto se debe a que en las capas limites muy finas surgen presiones que no solo evitan el acercamiento y contacto entre las superficies, sino una tendencia a separarlas. La presión aumenta con la disminución de la holgura.

La acción de separación se incrementa con la velocidad, o sea, no solo tiene un carácter estático, sino también dinámico. Esto es muy importante ya que el lubricante que cubre las superficies sufre un desplazamiento relativo.

Las capas límites son como cuerpos mono o policristalinos que surgen con base en una función de la primera capa. Su crecimiento posterior está limitado por interferencias con la orientación de las capas de moléculas y por el calor generado en el movimiento.

En las propiedades de las capas de lubricación límite también influyen las características de la capa metálica, sobre todo en lo concerniente a las fuerzas de campo de red, lo que

Comportamiento de los lubricantes bajo diferentes condiciones de trabajo Página 1

incide en la fijación de la primera capa de moléculas y por tanto de la capa limite. Su efecto en el surgimiento de otras capas es menor.

En ocasiones las capas límites de materiales lubricantes pueden ser destruidas por la acción simultánea de las dos superficies metálicas.

Algunas investigaciones sobre el comportamiento de las capas limites han demostrado que, mientras mayor es la presión, mayor es su capacidad de resistirla debido a que se incrementa su elasticidad. No obstante, a presiones y temperaturas dadas se presenta un punto de espesor crítico de la capa limite que varía entre 0.1 a 0.005 µm, por debajo del cual no existen síntomas de deslizamiento entre las capas moleculares.

Las capas finas de lubricante actúan no solo disminuyendo considerablemente la fuerza de fricción, también influyen en el desgaste; disminuir la fuerza de fricción puede perjudicar.

Dicha acción aún no ha encontrado una explicación teórica adecuada, aunque la explicación más acertada parce ser que algunas capas reaccionan con el metal y el medio ambiente y, aunque disminuyen las fuerzas de fricción (debido a la capa límite formada), esta surge y desaparece, lo que va provocando simultáneamente el desgaste de la superficie.

La incorporación de aditivos a los lubricantes ha permitido no solo reducir la fuerza de fricción, sino crear capas limites adecuadas que eviten la formación de estructuras que ocasionen el deterioro superficial.

La acción de los aditivos genera la llamada “fricción interna”, evitan la acción de la rugosidad al “penetrar” en el metal más activamente y sobre todo en las micro grietas que, por defecto de la deformación plástica superficial, surgen en el metal. Es por ello que en los elementos de máquinas, y sobre todo en las microgrietas que, por defecto de la deformación plástica superficial, surgen en el metal.

Es por ello que en los elementos de máquinas, y sobre todos en los más cargados, es muy importante brindar condiciones de fricción en que la capa limite “divida” o aislé convenientemente la superficie de fricción.

PROPIEDADES DE ACUERO DE LA CONDICIONES DE TRABAJO

La función principal de los lubricantes es la reducción o prevención del desgaste de las piezas que forman pares de fricción en las máquinas. Con la reducción del desgaste y la fricción, por ejemplo, el aceite debe evacuar el calor de la zona de fricción, proteger las superficies lubricantes de la corrosión, reducir o prevenir la formación de suciedades sobre la superficie de las piezas (en el caso de los motores de combustión interna), así como en algunos casos cumplir funciones no inherentes a la lubricación, como por ejemplo la transmisión de movimiento en los sistemas hidráulicos.

Comportamiento de los lubricantes bajo diferentes condiciones de trabajo Página 2

Para cumplir las funciones arriba mencionadas (vamos a tomar en cuenta a los lubricantes de mayor uso en la industria, es decir, a los aceites lubricantes), es necesario conocer sus principales propiedades de uso, entre las que se tienen:

Viscosidad: es el índice físico más importante de los aceites, ella determina la capacidad portadora (tolerar cargas) de la película lubricante en los pares de fricción de los mecanismos y caracteriza en un alto grado el comportamiento de los aceites durante su uso, es por tanto más importante en el diseño de las máquinas.

Propiedades anti-desgaste: expresa la influencia del aceite en los diferentes tipos de desgaste, como por ejemplo el corrosivo, por fatiga, agarrotamiento, picadura, entre otros; el carácter cualitativo y cuantitativo de tal influencia puede ser no siempre igual. De esta forma los aceites con propiedades de extrema presión, mejoradas en algunos casos, pueden provocar un desgaste corrosivo acelerado de las superficies y reducir el periodo de servicio de los mecanismos. De ahí la importancia de aplicar correctamente los lubricantes, porque aun cuando se crea que se está dando mayor calidad, si no se han observado las principales técnicas de aplicación. , pueden ocasionarse daños irreparables a un equipo objeto de tal procedimiento.

Lo efectivo de un lubricante no depende solo de sus propiedades específicas, sino también de la interacción del mismo con otros factores como lo son los coeficientes de fricción y las propiedades y geometrías de las superficies, entre otros. Es por ello que solo aceites lubricantes, para su aplicación, deben evaluarse en las condiciones específicas en que van a trabajar.

Densidad: la densidad de los aceites petrolíferos a la presión atmosférica y a la temperatura de 20°c , se encuentran generalmente en los límites de 0.82 a 0.96 g/cm³. Como regla general, mientras mayor es la viscosidad, mayor es la densidad, esta última depende de la composición química de los aceites.

Propiedades caloríficas: Determinan la eficiencia de evacuación de calor de las superficies que forman pares de fricción. El aumento de la conductividad térmica de los aceites mejoran las propiedades lubricantes y refrigerantes. Estas cualidades deben conocerse para los cálculos de las temperaturas en las zonas de contacto de las superficies y también para el cálculo de los sistemas oleaos en sistemas de refrigeración y calentamiento.

Dilatación volumétrica: depende de la viscosidad y densidad del aceite. Con la disminución de la densidad aumenta el coeficiente de dilatación volumétrica, por ello los aceites pocos viscosos tienen una mayor dilatación volumétrica que los más viscosos. En los aceites con densidades de 0.82 a 0.96 g/cm³, el coeficiente de dilatación volumétrica esta entre los limites (91-61) x10−5 . Este índice es de principal interés en el cálculo de la capacidad de los recipientes de almacenamiento de aceites lubricantes.

Estabilidad: es la capacidad que tiene el aceite de conservar sus propiedades en condiciones de uso y almacenamiento. La oxidación del aceite de conservar sus

Comportamiento de los lubricantes bajo diferentes condiciones de trabajo Página 3

propiedades en condiciones de uso mismo, esto depende de las características del aceite y de factores externos, como por ejemplo la temperatura. La estabilidad debe considerarse como uno de los índices mas importantes ya que de ella depende el periodo de vida útil del aceite.

Formación de espuma: la espuma en los aceites interfiere en sus propiedades lubricantes ocasionando efectos perjudiciales. Determinando entre otras causas por:

a) Interrupción del bombeo adecuado del aceite.b) Aceleración de la oxidación.c) Fallas de la película lubricante.d) Rebase de los niveles de aceite en cárteres y depósitos de sistemas de lubricación,

ocasionando escurrimientos a través de juntas, que además de las perdidas conducen a un bajo nivel de aceite.

Por tales causas se trata de disminuir a un mínimo dicho fenómeno en los aceites lubricantes.

Emulsibilidad: el aceite durante se utilización se ve puesto con frecuencia a contaminarse con agua y pueden formarse oleo-emulsiones muy estables, que resultan indeseables a causa de efectos tales como:

a) Disminución de la viscosidad del fluido que empeora las condiciones de fricción. b) Oxidación sobre pares de fricción y otras piezas de los sistemas de lubricación. c) Acelera la degradación de aceites lubricantes con aditivos.

Consecuentemente todos los aceites empleados en que exista posibilidad de contaminación de agua, deben poseer buenas propiedades antiemulsionantes, que faciliten la rápida extracción del agua del sistema, lo que debe garantizar en aceites para turbina, trenes de laminado, etc. En algunos equipos como los motores, trasmisiones, etc, no se permiten contenidos de agua iguales o superiores a 0.2% en volumen. En otros aceites, como los de transformadores eléctricos, no se admiten aceites con más de 10ppm de agua.

Corrosividad: los aceites pueden ocasionar corrosión de las superficies cuando hay presencia de ácidos (producto de la oxidación del propio aceite o proveniente de otras fuentes), de agua o aditivos que pueden resultar agresivos a algunos metales.

La corrosión sobre los metales ferrosos ocurre generalmente por la presencia de aguas acidas en el aceite. La corrosión de los metales no ferrosos y sus aleaciones se producen principalmente debido a la tipos de ácidos orgánicos formados por la oxidación del aceite, asi como por la acción de algunos tipos de aditivos, en este caso la corrosión puede incrementarse con aumentos de temperatura ya en el orden de los 100°c.

Son especialmente sensibles a la corrosión, el cobre, el plomo y el cadmio. La presencia de azufre formando compuestos con enlaces débiles, en el aceite facilita la corrosión de dichos metales, los cuales se recubren de una capa oscura.

Comportamiento de los lubricantes bajo diferentes condiciones de trabajo Página 4

Acción sobre materiales no metálicos: los aceites que contiene sustancias químicamente activas, en particular azufre y cloro, pueden ocasionar una acción perjudicial sobre las juntas y sellos de goma y cuero, ya que dichos elementos, en condiciones de alta temperatura ocasionan solidificación y fragilidad de los mismos, terminando por deteriorarlos.

Humectabilidad y pegajosidad: estos aceites se requieren para evitar salpicaduras y derrames en mecanismos total o parcialmente abiertos, especialmente cuando no se puede permitir la caída de aceite en los productos que se elaboran. Las principales ramas de aplicación de este tipo de aceites sin en la industria textil y la alimenticia. Esta propiedad se incrementa por la adición de sustancias tensoactivas a los mismos.

Los índices de falta de humectabilidad y en algunos casos cierto grado de pegajosidad, se obtienen mediante la determinación de la tensión superficial de los aceites, mientras menos es la tensión superficial más humectante es el aceite.

Lavabilidad: en la industria ligera no siempre se puede evitar que los tejidos se manchen con aceite en algunos procesos de producción, además que en otros casos requiere lubricar las fibras para que no se rompan por fricción o calentamiento durante el proceso. Por ello se requieren aceites que puedan ser lavados con facilidad en el producto terminado. Los aceites comunes no son solubles en agua, por ello se utilizan aceites con aditivos especiales y algunos aceites sintéticos que si son solubles en agua y por tanto fácilmente lavables.

Propiedades detergentes: esta propiedad se logra en aceites mediante la suma de aditivos de tipo órgano-metálicos y otros de alcalinidad regulada, que además refuerzan otras propiedades de los aceites, como lo son las anticorrosivas, antidesgastantes y antioxidantes.

Combustibilidad: los aceites petrolíferos son en mayor o menor grado combustibles, por lo que es importante tener en cuenta las reglas de seguridad correspondientes en la producción, almacenamiento, transportación y manipulación, así como en las condiciones de aplicación que así lo requieran.

No son combustibles algunos aceites sintéticos y las emulsiones acuo-oleaginosas.

Toxicidad: los aceites lubricantes no deben ser nocivos para la salud del hombre ni tener olores desagradables. Dichos requerimientos son especialmente actuales para los aceites con aditivos.

Comportamiento de los lubricantes bajo diferentes condiciones de trabajo Página 5