Tecnología de Lubricantes
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Sebastian Valdivia LizanaIngeniero en Máquinas y Vehículos Automotrices.
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Lubricantes – Aceites Minerales
Petróleo crudo
Destilación ACEITES Productos Gaseosos Laboratorio SINTETICOS Gasolinas Kerosenes ACEITESAceites Lubricantes Refinación BÁSICOS (80-85%)Petróleos Combustibles Productos Asfálticos ADITIVOS
(20-15%)
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AditivosSon compuestos químicos cuyas funciones principales son:
• Limitar el deterioro del lubricante
• Proteger las superficies
• Mejorar las propiedades del lubricante o proporcionarle otras nuevas
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Aditivos
Tipos De Aditivos
Limitar deterioroLubricante
Proteger Superficie
Mejorar Propiedades Lubricante (Desempeño)
Antioxidantes
Antiespumantes
Demulsificantes
Agente antidesgaste
Modificadores deFricción
Detergentes Dispersantes
Agentes Extrema Presión (EP)
Depresor del PuntoDe Fluidez
Mejorador de Índice De Viscosidad
Agentes deAdhesividad
Emulsificantes
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¿ Con qué lubricamos ?
• Con una sustancia o materia no abrasiva que introducida entre dos superficies en movimiento tiende a separarlas.
• Tipos de lubricantes:
- Sólidos: Grafito.
- Semi sólidos: Grasas
- Líquidos: Aceites
- Gaseosos.
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Funciones de un lubricante
• Reducir el desgaste.• Reducir la fricción.• Refrigerar.• Sellar.• Proteger contra la oxidación.• Obtener movimientos uniformes.• Evitar el ruido, como medio amortiguador y aislante.• Transmitir potencia.• Remover o atrapar contaminantes.
PROLONGAR LA VIDA ÚTIL DE LOS EQUIPOS
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Características Físico Química de los Lubricantes
• Viscosidad cst (40ºC y a 100ºC)• Índice de Viscosidad• Punto de Escurrimiento – Punto Minimo de Fluidez• Punto de Inflamación.• Color• TBN• TAN
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Viscosidad
• ES LA RESISTENCIA INTERNA DE UN LIQUIDO A FLUIR.
• ES EL ESPESOR QUE TIENE UN ACEITE.
Los grados de viscosidad son números:
- si el número es alto el aceite es “grueso”, viscoso
Ejemplo: 20W50 – SAE 60
- si el número es bajo el aceite es mas “delgado”
Ejemplo: 10W30 – SAE 20
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Viscosidad
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Temperatura vs. Viscosidad
• La viscosidad varia inversamente con la temperatura, es decir, si la temperatura aumenta la viscosidad baja y viceversa.
• El índice de Viscosidad (IV) es un número empírico (sin medida) que indica el efecto de variación de la viscosidad del aceite con la temperatura.
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Punto de Escurrimiento – Punto Minimo de Fluidez.
• Temperatura a la cual un aceite deja de fluir por gravedad.
Aceite de Relleno Ej.: Motor Oil SAE 50
-9ºC
Aceite Multigrado Ej.: SAE 5W50 (100% Sintético)
-54 ºC
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Punto de Inflamación
• Temperatura a la cual se inflaman los vapores desprendidos del aceite.
Todos soportan sobre los 200 ºC
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Color
• Se determina por comparación de acuerdo a norma ASTM D-1500
- La escala va desde 0 (transparente) hasta 8 (negro)
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TBN (Total Basic Number)
• Reserva alcalina que tienen los aceites para contrarrestar los ácidos (H2SO4 – H2SO3) producidos por el azufre (S) del petróleo.
• Cantidad de hidróxido potásico (KOH) en mg necesaria para neutralizar todos los ácidos de una muestra de 1 gramo de aceite.
Caterpillar recomienda que el TBN de un aceite tiene que ser 20 veces el % de azufre.
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TAN (Total Acid Number)
Reserva ácida que tienen los aceites para contrarrestar los productos básicos (KOH)
Cantidad de ácido clorhídrico (HCl) en mg necesaria para neutralizar los componentes alcalinos de una muestra de 1 gr. de aceite. Se utiliza en aceites de motor.
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Clasificación y Especificaciones de Aceites Lubricantes
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Organismos Clasificadores
• MOTORES – TRANSMISIONES – DIFERENCIALES
SAE :Sociedad de Ingenieros Automotrices.
API :Instituto Americano del Petróleo.
• IDUSTRIALES
ISO :Organización Internacional de Estándares
• GRASAS
NGLI :Instituto Nacional de Grasas Lubricantes
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Grados de Viscosidad SAE para aceites de motor
0W
5W
10W
15W
20W
25W
20
30
40
50
60
W : Winter (Invierno)
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Aceites de Motor
Monogrados: Un solo grado de viscosidad.
SAE 30, SAE 40, etc.…
Multigrados: Dos grados de viscosidad
SAE 15W40, SAE 20W50
¿Cuál es la diferencia más importante?
Un multigrado puede ser usado en una gama más amplia de temperaturas.
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Características de los Aceites de Motor
Multigrados
SAE 5W50
SAE 10W30
SAE 20W50
Tº Mínima
-54
-27
-25
Tº Máxima
Todos
Sobre
Los 200 ºC
Viscosidad 40º C cst.
102
84
158
Monogrados
SAE 30
SAE 40
SAE 50
-15
-12
-9
Todos
Sobre
Los 200 ºC
95
171
220
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Calidad API para aceites de motor
• Ciclo Otto “S” : spark = Bujía.
SA: Sin aditivos
SB: Aditivos Antioxidantes – antidesgaste
SC: Requisito fabricantes de motor año 64/67
SD: Requisito fabricantes de motor año 68/71
SE: Requisito fabricantes de motor año 72/79
SF: Requisito fabricantes de motor año 80/88
SG: Requisito fabricantes de motor año 89/93
SH: Requisito fabricantes de motor año 93/96
SJ: Requisito fabricantes de motor año 97
SL: Requisito fabricantes de motor año 2002
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• Ciclo Diesel “C” : Combustion by Compression
CA: Trabajo Ligero
CB: Trabajo moderado
CC: Trabajo Severo
CD: Motores turbo cargados trabajo severo
CD II: Motores de 2 tiempos trabajo severo.
CE: Trabajo severo, motores turbo cargados.
CF: Motores inyección directa o indirecta.
CF-2: Motores de 2 tiempos.
CF-4: Motores sobrealimentados turbocargados.
CG-4: Motores 4 tiempos.
CH-4: Motores 4 tiempos.
CI-4: 2002
Calidad API para aceites de motor
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ACEITES INDUSTRIALES
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Aceites Industriales• Compresores de Aire• Compresores de Refrigeración• Engranajes Cerrados• Engranajes Abiertos• Transferencia de calor• Sistemas Hidráulicos y de Circulación• Herramientas Neumáticas• Textiles• Máquinas de Vapor• Turbinas• Protectores de Oxidación Exterior• Diesel, Marinos, Ferroviarios• Productos de Proceso
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El organismo clasificador es la ISO (VG)
ISO : Organización Internacional de Estándares
VG : Viscosity Grade
Existe desde un ISO VG 2 a un 1500
Aplicaciones más comunes:
ISO VG 2 a 32 Sistemas Neumáticos – Textiles
ISO VG 32 a 100 Sistemas Hidráulicos – Turbinas
Compresores
ISO VG 100 a 1500 Sistemas de Engranajes.
Aceites Industriales
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Aceites Industriales Sistemas Hidráulicos
Fundamentos:
Sistema que permite la transmisión de potencia por medio de un fluido.
Neumático Medio Gaseoso.
Hidráulico Medio Liquido.
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Ventajas:
• Transmisión de fuerza en cualquier dirección, a gran distancia y con pequeñas perdidas.
• Permite un control continuo de la variación de la velocidad.
• Reversibles.• Eliminación de mecanismos complejos.• Fluido no esta sujeto a fallas mecánicas.
Aceites Industriales Sistemas Hidráulicos
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Desventajas:
• Sensibles a la contaminación.• Fugas de Líquidos.• Pueden ser inflamables en algunos casos.
Aceites Industriales Sistemas Hidráulicos
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Componentes:
• Estanque.• Bomba.• Válvulas de control.• Actuadores (cilindros)• Líneas de conexión.• Fluidos hidráulico.
Aceites Industriales Sistemas Hidráulicos
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Fluido Hidráulico
• Medio de transmisión de potencia (trabajo)• Proveer sello viscoso• Mantener la presión• Medio de transferencia de calor• Lubricación de mecanismos
Aceites Industriales Sistemas Hidráulicos
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Aceites Industriales Sistemas Hidráulicos
Fluido Hidráulico
• Viscosidad adecuada• Protección contra el desgaste• Estabilidad térmica• Protección contra la oxidación• Resistencia a la formación de espuma• Resistencia a la entrada de aire• Incompresible• Buena demulsibilidad
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Aceites Industriales Sistemas de Engranajes
• Reducir o aumentar las velocidades
• Transmitir potencia
• Cambiar de dirección los movimientos
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Aceites Industriales Sistemas de Engranajes
• Encerrados
• Abiertos
• Rectos• Cónicos• Helicoidales• Sinfín corona
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• Encerrados
Permiten lubricaciones centralizadas
Amplio rango de cargas, velocidades, temperaturas.
• Abiertos
Movimientos largos y lentos
Usualmente del tipo rectos
Lubricación una vez por vuelta
Lubricantes de altas viscosidades para evitar pérdidas por fuerza centrífuga
Aceites Industriales Sistemas de Engranajes
![Page 35: Tecnología de Lubricantes](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbadc550346aa9aa8a8f2/html5/thumbnails/35.jpg)
Elección del lubricante:• Tipo de engranajes• Velocidad• Relaciones de reducción• Temperatura de operación• Potencias transmitidas• Metalúrgica de piñones• Cargas de trabajo• Tipos de transmisiones• Métodos de aplicación
Aceites Industriales Sistemas de Engranajes
![Page 36: Tecnología de Lubricantes](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbadc550346aa9aa8a8f2/html5/thumbnails/36.jpg)
Lubricantes para la Industria Alimenticia
![Page 37: Tecnología de Lubricantes](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbadc550346aa9aa8a8f2/html5/thumbnails/37.jpg)
Lubricantes para la industria Alimenticia
¿Qué son los Lubricantes Alimenticios?
Un lubricante “sanitario” es un aceite, que en forma incidentalpuede tener inevitablemente contacto con alimentos y/oproductos farmacéuticos. Para ello, deben cumplir con los Requisitos que se mencionan a continuación.
REQUISITOS PARA UN LUBRICANTE SANITARIO.
Cumplir con las regulaciones alimenticias Ser fisiológicamente inerte Ser inodoro y sin sabor Tener aprobación internacional (Ej. FDA)
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Grasas Lubricantes
![Page 39: Tecnología de Lubricantes](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbadc550346aa9aa8a8f2/html5/thumbnails/39.jpg)
¿Qué es una grasa lubricante?
• Es un compuesto sólido a semisólido, obtenido por la dispersión de un agente espesante (jabón), en un aceite mineral o sintético.
Grasa = aceite base + aditivos + espesante (jabón)
90 % 10 %
Los Jabones más usados son los de Litio o Complejo de Litio si las condiciones operativas son muy severas
![Page 40: Tecnología de Lubricantes](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbadc550346aa9aa8a8f2/html5/thumbnails/40.jpg)
Características típicas
• CONSISTENCIA Dureza relativa
• PUNTO DE GOTEO Tº Máxima que soporta
• ADHESIVIDAD Propiedad de pegarse
• COLOR Para no equivocarse en las
aplicaciones, y varia de cada
fabricante.
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Clasificación de las Grasas• Según su consistencia
Grado NGLI: desde 000 hasta 6
Nº NGLI Penetración ASTM
Trabajada @ 25ºC
Consistencia
000
00
0
1
2
3
4
5
6
445-475
400-430
355-385
310-340
265-295
220-250
175-205
130-160
85-115
Liquida
Semi Liquida
Muy Blanda
Blanda
Firme
Muy Firme
Semi Dura
Dura
Extra dura
![Page 42: Tecnología de Lubricantes](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbadc550346aa9aa8a8f2/html5/thumbnails/42.jpg)
¿Qué debemos exigir a una grasa lubricante?
• Una adecuada lubricación:- Reducción de la fricción. - Minimizar los desgastes.
• Proteger de la corrosión. • Propiedades sellantes: Debe evitar la entrada de
sustancias no deseadas, al mecanismo, como: - Agua - Otras materias contaminantes: Polvo, agentes químicos, etc.
• Tenacidad: Resistencia a cambios estructurales o de consistencia. Buena resistencia mecánica.
• Resistencia al centrifugado y a la pérdida de fluido. • Compatibilidad con materiales sellantes. • Características adecuadas para la aplicación
requerida.
![Page 43: Tecnología de Lubricantes](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbadc550346aa9aa8a8f2/html5/thumbnails/43.jpg)
Propiedades y componentes de las grasas
• Viscosidad: La viscosidad es una de las propiedades mas importantes de un líquido y mas rápidamente observada. Es una medida de rozamiento que acontece entre las diferentes capas cuando un líquido se pone en movimiento.
• Estabilidad mecánica: Ciertas grasas, particularmente las líticas de los tipos antiguos, tienen una tendencia para ablandarse durante el trabajo mecánico, pudiendo dar lugar a pérdidas.
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• Miscibilidad: En los reengrases, hay que tener el máximo cuidado de no usar grasas diferentes a las originales. De hecho hay tipos de grasas que no son compatibles; si dos de estas grasas se mezclan, la mezcla resultante tiene normalmente una consistencia más blanda que puede causar la pérdida de grasa y fallo en la película lubricante.
Propiedades y componentes de las grasas
![Page 45: Tecnología de Lubricantes](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbadc550346aa9aa8a8f2/html5/thumbnails/45.jpg)
Bases y jabones• Bases parafínicas: Son relativamente estables a altas
temperaturas, pero por el alto contenido de parafinas que poseen, no funciona satisfactoriamente a bajas temperaturas.
• Bases nafténicas: Es una base lubricante que determina la mayor parte de las características de la grasa, tales como: viscosidad, índice de viscosidad (I.V.), resistencia a la oxidación (tan) y punto de fluidez.
• Saponificación: Es un proceso por medio del cual una grasa (o algún otro compuesto de un ácido con alcohol) reacciona con un álcali (compuesto que neutraliza la acidez de la grasa), para formar un jabón, glicerina u otro alcohol.
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Aditivos y modificadores
• Aditivos para las grasas: Los aditivos y modificadores mas comúnmente usados en las grasas lubricantes son los inhibidores de oxidación y de herrumbre, los depresores del punto de fluidez, los agentes de extrema presión, los modificadores de fricción y algunos colorantes y pigmentos. Para obtener una grasa con propiedades especiales, se incluyen a menudo uno o más aditivos.
![Page 47: Tecnología de Lubricantes](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbadc550346aa9aa8a8f2/html5/thumbnails/47.jpg)
• Los aditivos antidesgaste mejoran la protección que la propia grasa ofrece. Es especialmente importante que el equipo en contacto esté bien protegido contra la oxidación si funciona en ambientes húmedos.
• Los antioxidantes retrasan la descomposición del aceite base a alta temperatura. Esto da lugar a mayores intervalos de relubricación, manteniendo bajos los costos.
• Los aditivos EP (extrema presión), por ejemplo jabones de plomo y compuestos de azufre, cloro o fósforo, aumentan la capacidad de carga de la película.
• Los estabilizadores hacen posible el espesado de aceite base con jabones con los que no forma compuestos fácilmente. Generalmente, sólo se precisa poca cantidad, por ejemplo, la grasa cálcica tiene un 1 a 3% de agua como estabilizador.
Aditivos y modificadores
![Page 48: Tecnología de Lubricantes](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbadc550346aa9aa8a8f2/html5/thumbnails/48.jpg)
Espesantes especiales
Son jabones metálicos o complejos de jabón, siendo los mas utilizados los siguientes:
• Jabón de calcio• Jabón de sodio• Jabón de litio• Complejo de calcio• Complejo de jabón calcio – plomo• Complejo de litio• Poliurea• Arcillas• Bentonita• Sílice coloidal
![Page 49: Tecnología de Lubricantes](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbadc550346aa9aa8a8f2/html5/thumbnails/49.jpg)
Tipos de grasas• Grasas cálcicas (Ca): Tienen una estructura suave, de
tipo mantecoso, y una buena estabilidad mecánica. No se disuelven en agua y son normalmente estables con 1-3% de agua. En otras condiciones el jabón se separa del aceite de manera que la grasa pierde su consistencia normal y pasa de semilíquida a líquida. Por eso no debe utilizarse en mecanismos cuya temperatura sea mayor a 60ºC. Las grasas cálcicas con aditivos de jabón de plomo se recomiendan en instalaciones expuestas al agua a temperaturas de hasta 60ºC, Algunas grasas de jabón calcio-plomo también ofrecen buena protección contra el agua salada, y por ello se utilizan en ambientes marinos.
![Page 50: Tecnología de Lubricantes](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbadc550346aa9aa8a8f2/html5/thumbnails/50.jpg)
• Grasas sódicas (Na): Las grasas sódicas se pueden emplear en una mayor gama de temperaturas que las cálcicas. Tienen buenas propiedades de adherencia y obturación. Las grasas sódicas proporcionan buena protección contra la oxidación, ya que absorben el agua, aunque su poder lubricante decrece considerablemente por ello. En la actualidad se utilizan grasas sintéticas para alta temperatura del tipo sodio, capaces de soportar temperaturas de hasta 120ºC.
Tipos de grasas
![Page 51: Tecnología de Lubricantes](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062221/563dbadc550346aa9aa8a8f2/html5/thumbnails/51.jpg)
• Grasas líticas (Li): Las grasas líticas tienen normalmente una estructura parecida a las cálcicas; suaves y mantecosas. Tienen también las propiedades positivas de las cálcicas y sódicas, pero no las negativas. Su capacidad de adherencia a las superficies metálicas es buena. Su estabilidad a alta temperatura es excelente, y la mayoría de las grasas líticas se pueden utilizar en una gama de temperaturas más amplia que las sódicas. Las grasas líticas son muy poco solubles en agua; las que contienen adición de jabón de plomo, lubrican relativamente, aunque estén mezcladas con mucho agua. No obstante, cuando esto sucede, están de alguna manera emulsionadas, por lo que en estas condiciones sólo se deberían utilizar si la temperatura es demasiado alta para grasas de jabón de calcio-plomo, esto es, 60ºC.
Tipos de grasas
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• Grasas de jabón compuesto: Este término se emplea para grasas que contienen una sal, así como un jabón metálico, usualmente del mismo metal. Las grasas de jabón de calcio compuesto son las más comunes de este tipo, y el principal ingrediente es el acetato cálcico. Otros ejemplos son compuestos de Li, Na, Ba (Bario), y Al (Aluminio). Las grasas de jabón compuesto permiten mayores temperaturas que las correspondientes grasas convencionales.
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• Grasas espesadas con sustancias inorgánicas: En lugar de jabón metálico se pueden emplear distintas sustancias inorgánicas como espesantes, por ejemplo, bentonita y gel de sílice. La superficie activa utilizada sobre partículas de estas sustancias absorben las moléculas de aceite. Las grasas de este grupo son estables a altas temperaturas y son adecuadas para aplicaciones de alta temperatura; son también resistentes al agua. No obstante, sus propiedades lubricantes decrecen a temperaturas normales.
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• Grasas sintéticas: En este grupo se incluyen las grasas basadas en aceites sintéticos, tales como aceites ésteres y siliconas, que no se oxidan tan rápidamente como los aceites minerales. Las grasas sintéticas tienen por ello un mayor campo de aplicación. Se emplean distintos espesantes, tales como jabón de litio, bentonita y PTFE (teflón). La mayoría de las calidades están de acuerdo a determinadas normas de pruebas militares, normalmente las normas American MIL para aplicaciones y equipos avanzados, tales como dispositivos de control e instrumentación en aeronaves, robots y satélites. A menudo, estas grasas sintéticas tienen poca resistencia al rozamiento a bajas temperaturas, en ciertos casos por bajo de -70º C.
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• Grasas para bajas temperaturas (LT): Tiene una composición tal que ofrecen poca resistencia, especialmente en el arranque, incluso a temperaturas tan bajas como -50º C. la viscosidad de estas grasas es pequeña, de unos 15mm²/s a 40º C. su consistencia puede variar de NLGI 0 a NLGI 2; estas consistencias precisan unas obturaciones efectivas para evitar la salida de grasa.
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• Grasas para temperaturas medias (MT): Las llamadas grasas ¨multiuso¨ están en este grupo. Se recomiendan para equipos con temperaturas de -30 a +110º C; por esto, se puede utilizar en la gran mayoría de los casos.
• La viscosidad del aceite base debe estar entre 75 y 220mm²/s a 40º C. la consistencia es normalmente 2 ó 3 según la escala NLGI.
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• Grasas para altas temperaturas (HT): Estas grasas permiten temperaturas de hasta +150ºC. Contienen aditivos que mejoran la estabilidad a la oxidación. La viscosidad del aceite base es normalmente de unos 110mm²/s a 40º C, no debiéndose exceder mucho ese valor, ya que la grasas se puede volver relativamente rígida a temperatura de ambiente y provocar aumento del par de rozamiento. Su consistencia es NLGI 3.
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• Grasas extrema presión (EP): Normalmente una grasa EP contiene compuestos de azufre, cloro ó fósforo y en algunos casos ciertos jabones de plomo. Con ello se obtiene una mayor resistencia de película, esto es, aumenta la capacidad de carga de la película lubricante. Tales aditivos son necesarios en las grasas para velocidades muy lentas y para elementos medianos y grandes sometidos a grandes tensiones. Funcionan de manera que cuando se alcanzan temperaturas suficientemente altas en el exterior de las superficies metálicas, se produce una reacción química en esos puntos que evita la soldadura. La viscosidad del aceite base es de unos 175mm²/s (máx. 200mm²/s) a 40º C. la consistencia suele corresponder a NLGI 2. En general, las grasas EP no se deben emplear a temperaturas menores de -30º C y mayores de +110º C.
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• Grasas antiengrane (EM): Las grasas con designación EM contienen bisulfuro de molibdeno (MoS2), y proporcionan una película más resistente que los aditivos EP. Son conocidas como las ¨antiengrane¨. También se emplean otros lubricantes sólidos, tales como el grafito.
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Cómo elegir la grasa más adecuada
• Elemento a engrasar • Velocidad • Temperatura • Contaminantes exteriores • Forma de aplicación • Cargas y vibraciones • Compatibilidad con otras grasas • Accesibilidad
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Elementos a engrasar
• Rodamientos • Cojinetes y bulones • Engranajes abiertos • Reductores • Cables • Cadenas • Antigripantes
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Aplicación de las grasas.
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Aceites Sintéticos
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Aceites Sintéticos
• Productos derivados de la síntesis química, fabricados en el laboratorio, puros, limpios y durables.
• Moléculas que son idénticas en tamaño y forma.
• Fuerte unión molecular, estructura molecular compacta, ordenada.
• Productos libres de cera (muy bajo punto de escurrimiento).
• Alto índice de viscosidad.
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SintéticosBeneficios: Economía de combustible
Mejoran la economía de combustible por que reducen las pérdidas por fricción.
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Beneficios:
Mejoran la capacidad de carga por una película más uniforme y resistente.
Sintéticos
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Mitos y Leyendas en la lubricación de motores
• Un aceite mas grueso lubrica mejor: Falso, hay que usar la viscosidad adecuada y recomendada.
• El aceite esta negro, es malo: Falso, quiere decir que esta cumpliendo su función.
• Mi motor no consume aceite: Falso, Todos los motores consumen aceite.
• El Filtro de aire no tiene ninguna importancia: Falso, ayuda para que la combustión sea mas limpia.
• El Dedo metro: Es imposible medir viscosidad con el dedo.