UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA

“GESTION DE LA LUBRICACION DE EQUIPOS INDUSTRIALES BASADA EN CONFIABILIDAD” MONOGRAFIA

QUE PARA ACREDITAR LA EXPERIENCIA EDUCATIVA:

EXPERIENCIA RECEPCIONAL

CORRESPONDIENTE AL PROGRAMA:

INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

P R E S E N TA:

DIEGO ANTONIO MORENO GONZALEZ

COATZACOALCOS, VER.,

NOVIEMBRE DE 2013 1

AGRADECIMIENTOS

A Dios Por darme vida y cuidar siempre de mí, por permitirme llegar a esta parte del camino, porque delante de ti están todos mis anhelos, mis metas y sueños. Por darme la oportunidad de conocerte. Gracias.

1a de Crónicas 29:11, 12: “Tuya es, oh Jehová, la magnificencia y el poder, la gloria, la victoria y el honor; porque todas las cosas que están en los cielos y en la tierra son tuyas. Tuyo, oh Jehová, es el reino, y tú eres excelso sobre todos. Las riquezas y la gloria proceden de ti, y tú dominas sobre todo; en tu mano está la fuerza y el poder, y en tu mano el hacer grande y el dar poder a todos”

A mi Madre: Quien todos los días me hereda el tesoro más valioso que puede dársele a un hijo: Amor, por su esfuerzo incansable para apoyarme día a día , A quien la ilusión de su vida ha sido convertirme en una persona de provecho. A quien nunca podré pagar el haber sacrificado gran parte de su vida, Tan sólo para formarme y educarme. Gracias

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A mi Padre: Sabiendo que no existe forma de agradecerte una vida de lucha, sacrificio y esfuerzo constante, Por tus consejos, por enseñarme a ser una persona responsable y sin miedos, sólo quiero que entiendas que el logro mío, es el logro tuyo, y que mi esfuerzo es inspirado en ti. Gracias

A mi Hermano: Por enseñarme a ver la vida desde otros puntos de vista, Por mostrarme los errores que no quisiera reconocer, Por apoyarme siempre desinteresadamente Y Por el gran ejemplo de su iniciativa y perseverancia. Gracias.

A mi asesor: Ing. Ciro Castillo Pérez: Por el apoyo brindado durante toda mi carrera, Por su preocuparse verdaderamente por nuestro aprendizaje, Por su honestidad y humildad, Por el gran apoyo en la elaboración de este trabajo, Y sobre todo por ser un verdadero amigo. Gracias.

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INDICE

INTRODUCCION....................................................................................................12 JUSTIFICACION....................................................................................................14 OBJETIVO GENERAL...........................................................................................15 OBJETIVOS ESPECIFICOS..................................................................................15

1.- PERSPECTIVAS DEL CONSUMO MUNDIAL DE LUBRICANTES.............16 1.1.- EL MERCADO NACIONAL DE ACEITES LUBRICANTES........................17 1.2.- ASIA, EL OBJETIVO PRINCIPAL EN EL FUTURO...................................18

2.- SISTEMAS DE NORMALIZACION DE ACEITES LUBRICANTES.................19 2.1.- ISO.............................................................................................................20 2.2.- ASTM..........................................................................................................20 2.3.- API..............................................................................................................21 2.4.- AGMA.........................................................................................................21 2.5.- DIN.............................................................................................................21 2.6.- NOM...........................................................................................................21 2.7.- FABRICANTES DE EQUIPO ORIGINAL (OEM´s).....................................22

3.- PRACTICAS DE MANTENIMIENTO TRADICIONALES..................................23

4.- ADMINISTRANDO LA LUBRICACION DE MAQUINARIAS CON BASE EN LA CONFIABILIDAD....................................................................................................27 4.1.- LA CONFIABILIDAD EN LA LUBRICACION DE MAQUINARIAS.............................................................................................28 4.2.- BENEFICIOS OPERATIVOS Y ECONOMICOS ESTIMADOS DE LA CONFIABILIDAD EN LA LUBRICACION DE MAQUINARIAS...........................31 4.2.1.- Beneficios operativos......................................................................31 4

4.2.2.- Beneficios económicos...................................................................32 4.3.- IMPLEMENTACION DE ESTANDARES DE COMPARACIÓN..................32

5.-TRIBOLOGIA: LA CIENCIA DE LA LUBRICACION........................................34 5.1.- FRICCION..................................................................................................36 5.2.- DESGASTE................................................................................................38 5.2.1.- TIPOS DE DESGASTE...........................................................................39 5.2.1.2- Desgaste por erosión....................................................................39 5.2.1.3- Desgaste por fatiga.......................................................................39 5.2.1.4- Desgaste por abrasión..................................................................40 5.2.1.5- Desgaste por corrosión.................................................................41 5.2.1.6- Desgaste por fretting.....................................................................42 5.2.1.7- Desgaste por cavitación................................................................42 5.2.1.8- Desgaste por deslizamiento..........................................................43 5.3.- LA PELÍCULA LUBRICANTE.....................................................................44 5.3.1.- PELÍCULA FLUIDA.................................................................................44 5.3.1.1.- Película Hidrodinámica................................................................45 5.3.1.2.- Película Hidrostática....................................................................45 5.3.1.3.- Película Elasto-Hidrodinámica (EHL)...........................................46 5.3.2.- PELÍCULA DELGADA.............................................................................47 5.3.2.1.- Lubricación mixta.........................................................................47 5.3.2.2.- Lubricación marginal....................................................................48 5.4.- VISCOSIDAD DE LOS ACEITES LUBRICANTES.....................................49 5.4.1.- VISCOSIDAD DINAMICA........................................................................49 5.4.1.1- Unidades de la viscosidad dinámica.............................................51 5.4.2.- VISCOSIDAD CINEMATICA...................................................................52 5.4.2.1.- Diferencia entre la viscosidad cinemática y la viscosidad dinámica.....................................................................................................53 5.4.3.- INDICE DE VISCOSIDAD (VI)................................................................54

6.- ORIGEN Y FORMULACION DE LOS ACEITES LUBRICANTES...................56 5

6.1.- ACEITES BASICOS...................................................................................57 6.1.1.- Lubricantes de origen mineral.........................................................58 6.1.2.- Lubricantes sintéticos.....................................................................58 6.1.2.1.- Los productos más avanzados disponibles actualmente.............62 6.1.3.- Nuevas tecnologías “Gas to Liquids”..............................................63 6.2.- CLASIFICACIONES DE ACEITES BASICOS POR API............................65 6.2.1.- Procesos típicos de refinación para la obtención de aceites básicos API de origen mineral (extraídos por solvente)........................................66 6.2.2.- Características de básicos minerales y sintéticos. Clasificación API.............................................................................................................67 6.2.3.- Comparativo de ventajas y desventajas de los diferentes grupos de aceites básicos de origen mineral (I, II, III) existentes...............................67 6.3.- IMPORTANCIA DE LOS ADITIVOS EN LA FORMULACION DEL LUBRICANTE.....................................................................................................68 6.3.1.- Agentes con polaridad....................................................................70 6.3.2.- Agentes de adhesividad.................................................................70 6.3.3.- Espesantes y mejoradores del índice de viscosidad (VI)...............71 6.3.4.- Aditivos de extrema presión (EP)...................................................71 6.3.5.- Aditivos antidesgaste (AW, antiwear).............................................72 6.3.6.- Aditivos inhibidores de formación de herrumbre.............................72 6.3.7.- Aditivos detergentes.......................................................................73 6.3.8.- Aditivos dispersantes......................................................................73 6.3.9.- Aditivos antiespumantes.................................................................74 6.3.10.- Depresores del punto de fluidez o punto de escurrimiento (PPD).........................................................................................................75 6.3.11.- Aditivos acondicionadores de sellos.............................................75 6.3.12.- Aditivos colorantes........................................................................76

7.- INDICES DE DESEMPEÑO DE LUBRICANTES NUEVOS.............................77 7.1.- VISCOSIDAD CINEMATICA (ASTM D-445)..............................................79 7.2.- PRUEBA DE INDICE DE VISCOSIDADV ASTM D 2270..........................79 6

7.3. - PRUEBA DE RPVOT (ROTATING PRESSURE VESSEL OXIDATION TEST) ESTABILIDAD A LA OXIDACION ASTM-D 2272...................................80 7.4.- PRUEBA DE CARACTERISTICAS DE OXIDACION TOST DE ACEITES INHIBIDOS (R&O) ASTM-D 943........................................................................81 7.5.- PRUEBA DE FORMACIÓN DE ESPUMA ASTM-D 892............................82 7.6.- PRUEBA DE DEMULSIBILIDAD (SEPARACION DEL AGUA DEL ACEITE) ASTM-D 1401.....................................................................................................83 7.7.- CARACTERÍSTICAS ANTIDESGASTE.....................................................83 7.8.- PRUEBA DE 4 BOLAS DE PRESIÓN EXTREMA (EP) ASTM-D 2783....................................................................................................................84 7.9.- PRUEBA TIMKEN DE PRESION EXTREMA (EP) ASTM D-2782.............85 7.10.- PRUEBA FZG (FORCHUNGSSTELLE FUER ZAHNRAEDER GETRIEBEBAU) ASTM-D 5182 MODIFICADO.................................................85 7.11.- COMPARACION DE DATOS...................................................................86

8.- REQUERIMIENTOS PARA LA LUBRICACIÓN DE SISTEMAS DE ENGRANES............................................................................................................89 8.1.- FORMAS DE LUBRICACION PRESENTES EN TRANSMISIONES A BASE DE ENGRANES.......................................................................................90 8.1.1.- Fricción de rodamiento...................................................................91 8.1.2.-Fricción de deslizamiento................................................................92 8.2.-SELECCIÓN DEL ACEITE LUBRICANTE CORRECTO PARA ENGRANES........................................................................................................93 8.2.1.- Rangos de viscosidad disponibles de lubricantes para engranes....................................................................................................95 8.2.2.- Lubricantes disponibles actualmente para engranajes...................96 8.2.3.- Pautas generales para la selección de la viscosidad.....................99 8.3.- PARAMETROS RECOMENDADOS PARA EL MONITOREO DE LA LUBRICACION DE SISTEMAS DE ENGRANAJES.........................................103

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9.- REQUERIMIENTOS PARA LA LUBRICACION DE SISTEMAS HIDRAULICOS.....................................................................................................104 9.1.- PROPIEDADES REQUERIDAS PARA FLUIDOS LUBRICANTES DE SISTEMAS HIDRAULICOS..............................................................................108 9.1.1.- Estabilidad térmica y química.......................................................109 9.1.2.- Características antidesgaste y EP................................................110 9.1.3.- FiItrabilidad...................................................................................110 9.2.- CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS HIDRAULICOS.....................111 9.3.- TIPOS DE LUBRICANTES PARA SISTEMAS HIDRAULICOS...............112 9.3.1.- ACEITES HIDRÁULICOS MINERALES................................................112 9.3.1.1.- Aceites R & O............................................................................112 9.3.1.2.- Aceites antidesgaste “convencionales” (AW)............................113 9.3.1.3.- Aceites hidráulicos antidesgaste “Universales” (UAW)..............113 9.3.2.- FLUIDOS RESISTENTES AL FUEGO..................................................113 9.3.2.1.- Fluidos acuosos (clases HE, HFA)............................................114 9.3.3.- FLUIDOS SINTÉTICOS........................................................................115 9.3.3.1.- Fluidos anhidros (exentos de agua) (Clase HFD)......................115 9.4.- PARAMETROS A CONSIDERAR PARA LA SELECCIÓN DE UN LUBRICANTE DE SISTEMAS HIDRAULICOS................................................116

10.- REQUERIMIENTOS PARA LA LUBRICACION DE RODAMIENTOS.........117 10.1.- COMPORTAMIENTO DEL LUBRICANTE.............................................119 10.2.- SELECCIÓN DE LA VISCOSIDAD........................................................120 10.2.1.- Tipo de adecuado de lubricante..................................................121 10.3.- PROPIEDADES A CONSIDERAR DURANTE LA SELECCIÓN DE UN ACEITE LUBRICANTE PARA RODAMIENTOS..............................................122 10.3.1.- Compatibilidad............................................................................122 10.3.2.- Miscibilidad.................................................................................122 10.3.3.- Desempeño.................................................................................123

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11.- REQUERIMIENTOS PARA LA LUBRICACION DE SISTEMAS DE TURBOMAQUINARIAS.......................................................................................124 11.1.- REQUERIMIENTOS DE LUBRICANTES PARA TURBINAS DE VAPOR Y GAS..................................................................................................................126 11.1.1.- Viscosidad...................................................................................127 11.1.2.- Indice de viscosidad....................................................................127 11.1.3.- Demulsibilidad ASTM D1401......................................................128 11.1.4.- Desprendimiento de aire ASTM D3427......................................128 11.1.5.- Análisis de transmisión FZG – ASTM D5182.............................128

12.- CONTAMINACION DE LOS ACEITES LUBRICANTES..............................129 12.1.- PRINCIPALES FUENTES DE CONTAMINACION DE LOS ACEITES LUBRICANTES.................................................................................................131 12.2.- LA PROBLEMÁTICA DE LA CONTAMINACION CON AGUA...............132 12.2.1.- Diferentes formas de contaminación por agua...........................133 12.2.2.- Agua libre....................................................................................133 12.2.3.- Agua emulsificada.......................................................................133 12.2.4.- Agua disuelta..............................................................................133 12.2.5.- Niveles de humedad permisibles en fluidos lubricantes.............135

13.- ANALISIS DE LUBRICANTES EN SERVICIO.............................................136 13.1.- EL ANÁLISIS DE LOS LUBRICANTES EN SERVICIO.........................137 13.2.- PRUEBAS REALIZADAS A LOS LUBRICANTES EN SERVICIO.........................................................................................................137 13.2.1.- Información proporcionada por prueba.......................................139 13.3.- ANALISIS DE LUBRICANTES DE TURBINAS DE VAPOR Y GAS..................................................................................................................141 13.4.- PROCEDIMIENTO DE MUESTREO PARA EL ANÁLISIS DEL ACEITE.............................................................................................................142

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14.- TECNOLOGIAS DE PURIFICACION DE LOS LUBRICANTES EN SERVICIO.............................................................................................................143 14.1.- METODOS EMPLEADOS PARA PURIFICAR LOS LUBRICANTES.................................................................................................144 14.1.1.- Centrifugadoras de aceite...........................................................144 14.1.2.- Conglutinadores..........................................................................145 14.1.3.- Filtros/secadores.........................................................................146 14.1.4.- Purificadores de lubricante al vacío............................................146 14.1.5.- Unidades de separación por presión positiva de aire.................148 14.1.6.- Carros auxiliares de filtración......................................................149 14.2.- FILTROS, MICRONAJE Y SU EFICIENCIA...........................................150

15.- CODIGO ISO 4406: IMPLEMENTANDO NIVELES DE LIMPIEZA TOTAL..................................................................................................................152

16.- REDISEÑO DEL ENTORNO OPERATIVO DE LOS SISTEMAS DE LUBRICACION.....................................................................................................157 16.1.- TECNOLOGIAS DE SELLADO DE EJES..............................................158 16.1.1.- Uso tradicional de anillos de retención.......................................158 16.1.2.- Sellos de laberinto......................................................................159 16.1.3.- Respiración en las cajas de rodamientos y sistemas de engranajes cerrados................................................................................160 16.1.4.- Utilización de sellos rotatorios magnéticos de alta tecnología.................................................................................................161 16.2.- CAMARA DE EXPANSIÓN (EXPANSION CHAMBER).........................162 16.3.- FILTROS DE ENTRADA Y RESPIRADOORES DESECANTES...........163 16.3.1- Propiedades clave de un respirador............................................165 16.4.- INDICADORES DE NIVEL.....................................................................165

CONCLUSIONES.................................................................................................167 GLOSARIO...........................................................................................................168 10

BIBLIOGRAFIA....................................................................................................180 ANEXOS...............................................................................................................183

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INTRODUCCION En los últimos treinta años, el mantenimiento dentro de la industria moderna ha experimentado una serie de profundas transformaciones a nivel tecnológico, económico, ambiental, social, organizacional y humano. El acceso a las fuentes de energía convencionales es cada vez más difícil, los costos de producción aumentan día a día y los problemas de contaminación ambiental han llegado a niveles críticos. Sin embargo, las demandas de energía por parte de los industriales de la transformación, lejos de disminuir, continúan en aumentado debido en gran medida al aumento constante de una población con mayores requerimientos de productos y servicios.

Sabemos que la

energía sólo puede cambiar de un estado a otro mediante la

transmisión de la misma al medio circundante. “El calor” que se disipa a la atmósfera es “Energía Suministrada a un Sistema” que nunca más podrá ser aprovechada para convertirla en trabajo útil (concepto de Entropía). Otras formas de irradiación (transmisión) de la energía al medio son la energía lumínica (ondas electromagnéticas) y la energía sonora (ondas hertzianas); eventos presentes en las máquinas e impulsores industriales.

La importancia y cantidad de la energía desaprovechada, depende de la calidad del diseño de cada sistema conforme a la ingeniería original para cada aplicación específica; en muchas ocasiones se diseñan equipos con la intención de innovar antes que otros a pesar de sus deficiencias energéticas. Aproximadamente el 33% de la energía que se genera en el mundo se pierde por exceso de fricción mecánica en los equipos de proceso. Se estima que el 11% del consumo de energía térmica de la turbomaquinaria se podría ahorrar mejorando sus condiciones operativas. El 5% de la energía que consumen los motores eléctricos y sus equipos accionados se podría recuperar mejorando la calidad de los lubricantes y la ingeniería de la lubricación.

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México, uno de los países productores de petróleo, está todavía más atrasado en el aprovechamiento energético, ya que la crisis del petróleo de 1973 nos trajo bonanza económica, además del disfrute de energéticos a muy bajo precio sin pensar en un futuro (que ya llegó).

En este sentido, a nivel mundial, en el campo de la investigación, desarrollo tecnológico y los programas académicos en ingeniería se han enfocado en el diseño y análisis de sistemas que permitan aumentar de manera significativa la eficiencia en el aprovechamiento energético, con beneficios obvios en el ámbito social, ambiental y económico.

Los profesionales del área de mantenimiento coinciden que la lubricación es la tarea más importante de las funciones de protección de sus equipos. La correcta aplicación de las prácticas de lubricación permitirá a los nuevos equipos y sistemas aprovechar en mayor proporción y con la máxima fiabilidad las fuentes de energía disponibles.

El presente trabajo se desarrolla en el marco de una cultura de mantenimiento que valora la importancia de la lubricación para alcanzar la confiabilidad de la maquinaria. Debido a que el uso de aceites lubricantes supera por mucho a la utilización de grasas, en este estudio se hace referencia sólo de los primeros. Describe cada una de las partes que integran el proceso de la lubricación. Se analiza cómo la ciencia de la buena lubricación va mucho más lejos de la selección óptima de lubricantes. Se explica por qué es también una tarea de vigilancia, cuidado de detalles, mejoramiento y aprendizaje continuo.

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JUSTIFICACION A través de los años ha existido la incongruencia entre la definición de la lubricación como “La tarea más importante del área de mantenimiento” y la triste realidad de su administración y aplicación. La forma en la que se aplica, protege y desecha el lubricante no es congruente con la importancia que esta función tiene para la maquinaria y la productividad de las empresas; es reflejo de un problemática que se inicia precisamente... en las aulas.

No se sabe de universidades en nuestro país o incluso en Norteamérica con programas de ingeniería en lubricación. En la mayoría de las licenciaturas en ingeniería la lubricación no es considerada siquiera como una asignatura. No hace falta mucha imaginación para entender porque la confiabilidad en la lubricación es tan difícil de implementar. El área de oportunidad es muy grande.

La mayoría de las plantas cuentan con programas de lubricación elaborados desde hace muchos años, los cuales no han sido actualizados a la nueva generación de lubricantes y tecnologías de control de contaminantes. Faltando conocimientos reales en lubricación, las empresas tienen que tomar decisiones sobre lubricación en tiempo real. Muchas veces las decisiones vistas de manera superficial parecen simples, pero debajo de éstas existen serias deficiencias que pueden costar mucho. Ante este panorama, los principios de la “Gestión de la lubricación de equipos industriales basada en confiabilidad”, representan una herramienta que permite a estudiantes e ingenieros conocer y comprender las partes que conforman el proceso de lubricación de los equipos industriales, desarrollar una cultura que impulse el aprendizaje, la iniciativa y la mejora continua para poder enfrentar de forma más eficiente los retos constantes a los cuales están sometidas las compañías de hoy. Es posible.

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OBJETIVO GENERAL Proporcionar herramientas a los estudiantes de ingeniería y profesionales del mantenimiento que les permitan conocer e implementar en el ámbito laboral una cultura de lubricación y monitoreo de lubricantes basada en confiabilidad, desde la perspectiva de la mejora continua, a fin de lograr el mayor rendimiento de los activos de las plantas de procesos en la industria nacional.

OBJETIVOS ESPECIFICOS  Conocer

a los organismos internacionales más importantes en materia de

normalización y estandarización de los lubricantes industriales.  Comprender las diferentes partes que integran el proceso de la lubricación.  Difundir los principios de una cultura de lubricación basada en confiabilidad.  Determinar las propiedades de desempeño más importantes de los aceites lubricantes.  Conocer la forma en que son formulados y manufacturados los lubricantes industriales.  Identificar las aprobaciones de desempeño más importantes para lubricantes nuevos.  Aprender a seleccionar lubricantes que cumplan de manera óptima con los requerimientos específicos para cada aplicación a nivel industrial.  Comprender las causas que contribuyen a la contaminación del fluido lubricante.  Conocer la forma monitorear el estado de los lubricantes en servicio a través de métodos de prueba normalizados.  Analizar la implementación de estrategias y actualizaciones tecnológicas que permitan purificar continuamente el lubricante y tener un mayor control de la contaminación en sistemas de lubricación de equipos industriales.

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1.- PERSPECTIVAS DEL CONSUMO MUNDIAL DE LUBRICANTES

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1.- PERSPECTIVAS DEL CONSUMO MUNDIAL DE LUBRICANTES En la actualidad, en los Estados Unidos se consumen unos 7,6 millones de toneladas al año de lubricantes, en Japón 2,2 millones, en la Unión Europea 4,7 millones. Cabe destacar que Estados Unidos es el mercado más grande en términos de demanda de volumen de lubricantes con el 23 por ciento del consumo global en 2011 (bajó del 25 por ciento que tenía en 2009). La demanda mundial de aceites lubricantes llega aproximadamente a 40 millones de toneladas año. Según las estadísticas, el mercado internacional de lubricantes tuvo un crecimiento cercano al 6 por ciento en los últimos 5 años. La región Asia Pacífico mostró el volumen de crecimiento más robusto en 2011, beneficiado por movimientos en la producción automotriz. Actualmente la compañía petrolera Shell tiene el 13,4 por ciento de las ventas mundiales de lubricantes terminados, ExxonMobil, el segundo, tiene el 11 por ciento, British Petroleum, el tercero, tiene el 7 por ciento. Chevron, Total, y Petro-China, los siguen en la clasificación. Las empresas de consultoría pronostican para el futuro un lento crecimiento del mercado como un todo, sin embargo, identifican oportunidades a nivel país y de producto. La predicción señala que el crecimiento más grande vendrá del BRIC (Brasil, Rusia, India, China) más Corea del Sur, con China como el “motor de crecimiento” de la industria. En este sentido, la demanda de lubricantes de China tendrá un crecimiento proyectado del 5 por ciento entre 2010 y 2020. En el mismo período, se estima que la demanda de India se incrementará entre un 3 y un 5 por ciento.

EL MERCADO NACIONAL DE ACEITES LUBRICANTES El mercado de aceites y lubricantes en México asciende aproximadamente a ocho mil millones de pesos. De acuerdo con un análisis financiero, la producción diaria de aceites y lubricantes en el país es de más de seis mil barriles diarios, lo que representa un mínimo de 280 mil dólares por día. 17

Es importante señalar, que de los 60 millones de litros de aceites, grasas y lubricantes que cada mes se comercializan en el país, 18 millones no están certificados bajo la NOM (Norma Oficial Mexicana), por lo que se consideran “piratas.”

ASIA, EL OBJETIVO PRINCIPAL EN EL FUTURO El mercado asiático es el que ofrece la mayor posibilidad de crecimiento para los lubricantes movidos por el aumento en las actividades petroleras y las compras de vehículos. En el año 2011, las ventas de carros en China crecieron 53 por ciento y por primera vez fueron mayores que las de Estados Unidos. Un dato más interesante aún, es que actualmente sólo el 3 por ciento de la población china tiene un carro propio, con lo que se esperan crecimientos de dos dígitos en ventas al menos en los próximos tres años. Además el indicador de construcción de carreteras en China le augura un futuro brillante al comercio de aceites para motor. Ese país se puso la meta de haber conectado todas sus ciudades con más de 200.000 habitantes con una nueva autopista en 2035. Este año deben haber terminado 65.000 kilómetros de ese programa. En India se han adjudicado contratos para construir 25.000 kilómetros de carreteras en los próximos

dos

años.

Con esas cifras enormes, lo que parece es que, incluso a pesar de la volatilidad en los precios del petróleo que le añadirán incertidumbre al mercado, el crecimiento global de ventas de aceites lubricantes está más bien asegurado para los años que vienen. En ese escenario que promoverá una competencia fuerte, México podrá aprovechar para que las empresas pongan en el cárter de los vehículos y en sus maquinarias industriales, productos cada vez más avanzados.

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2.- SISTEMAS DE NORMALIZACION DE ACEITES LUBRICANTES

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2.- SISTEMAS DE NORMALIZACION DE ACEITES LUBRICANTES Actualmente existe una gran variedad de lubricantes concebidos para responder a las necesidades de lubricación de diferentes aplicaciones. Las clasificaciones o normas delimitan el uso, la calidad y la aplicación de cada una de estas alternativas. Cada una de estas normas se va actualizando constantemente para responder a los adelantos de ingeniería y diseño que constantemente se aplican a las maquinarias. Según sea la aplicación y ubicación geográfica, entre los organismos normalizadores más importantes podemos mencionar:

ISO Entre los métodos más utilizados por parte de la International Standars Organization se mencionan: Para la clasificación de viscosidad de lubricantes industriales (ISO-3448); clasifica las viscosidades para aceites industriales en cSt a a 40°C y a 100°C; estas temperaturas representan los rangos de operación más comunes en cojinetes de contacto por rodadura (rodamientos) y cojinetes de película fluida (chumaceras) Para el conteo de partículas presentes en el aceite (ISO 4406:99)

ASTM Sociedad Americana para Pruebas y Materiales. Organización destinada a la promoción de los conocimientos de los materiales de ingeniería y la estandarización de especificaciones y métodos de prueba, la mayoría de los datos utilizados para describir, identificar o especificar los productos de petróleo y sus derivados se determinan de acuerdo con los métodos de prueba ASTM. Entre los métodos más utilizados por parte de la American Society for Testing and Materials se encuentran los siguientes: Volumen 05.01: D 56-D 2596 Volumen 05.02: D 2597-D 4927 Volumen 05.03: D 4928-D 5950 Volumen 05.04: D 5966 20

Índice de viscosidad ASTM D 2270

API Instituto Americano del Petróleo (Estados Unidos de Norteamérica) Instituto que otorga licencias a los fabricantes de aceites de motor a diesel o a gasolina, para aceites de motor que satisfacen los requisitos de rendimiento de los fabricantes de equipo original de la industria automotriz, quienes definen y establecen los requisitos de calidad en coordinación con ASTM y SAE. También establece la clasificación de los aceites básicos en función del origen y nivel de desempeño.

AGMA Las normas (ANSI/AGMA) de AGMA (American Gear Manufacturers Association) establecen

las

especificaciones

de

lubricantes

para

sistemas

engranajes.

Especificaciones para lubricantes inhibidos contra la herrumbre y la oxidación (R&O), compuestos, de extrema presión (EP) y para lubricantes sintéticos para engranajes industriales.

DIN Instituto Alemán para la Estandarización (Deustcher Industrie Normen) Estos métodos de prueba para la industria alemana tienen validez y son aceptados en toda Europa; la mayoría tienen su equivalente en ASTM.

NOM La Norma Oficial Mexicana tiene por objeto establecer la información comercial mínima, que deben mostrar las etiquetas de todo aceite lubricante para motores de vehículos a gasolina, diesel y lubricantes industriales, que se comercialicen en territorio nacional, en envases para su venta al consumidor. Se complementa con las siguientes normas vigentes: NOM-008-SCFI-2002 Sistema General de Unidades de Medida, publicada en el diario oficial

de

la

federación

el

27

de

noviembre

de

2002.

21

NOM-030-SCFI-1993 Información comercial-Declaración de cantidad en etiqueta, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 29 de octubre de 1993.

FABRICANTES DE EQUIPO ORIGINAL (OEM´s) Un fabricante de equipamiento original (en inglés original equipment manufacturer o, abreviadamente, OEM), es una empresa que fabrica productos que luego son comprados por otra empresa y vendidos bajo la marca de la empresa compradora. Varios fabricantes de equipo industrial original, así como fabricantes de lubricantes, han desarrollado sus propios métodos de prueba; algunos de estos métodos inclusive se convierten en pruebas aceptadas por la industria:

Exxon Mobil Shell Cummins Caterpillar Timken General Electric SKF Detroit Diesel British Petroleum General Motors Corp. Vickers Hydraulic Systems Denison

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3.- PRACTICAS DE MANTENIMIENTO TRADICIONALES

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3.- PRACTICAS DE MANTENIMIENTO TRADICIONALES Generalmente las fallas de la maquinaria se deben a diversos factores que interactúan con el tiempo operativo de la misma; estudios recientes han determinado que la forma “común” de realizar las actividades encaminadas a mantener en operación los equipos dinámicos del proceso productivo en la mayoría de las industrias es generando órdenes de trabajo para ejecutar las siguientes prácticas de mantenimiento:  MANTENIMIENTO CORRECTIVO (REACTIVO)

50%

 MANTENIMIENTO PREVENTIVO 25%  MANTENIMIENTO PREDICTIVO 15%  MANTENIMIENTO PROACTIVO 10%

El estudio definió estas prácticas de mantenimiento como sigue:

Mantenimiento Reactivo: es descrito como el correr a la falla, paro y mantenimiento de emergencia. Su característica común es que no está planeado y es urgente.

Mantenimiento Preventivo: es descrito como básico en el tiempo. Por lo tanto, en una base periódica un procedimiento preescrito de mantenimiento es ejecutado. Los ejemplos incluyen a los mantenimientos preventivos de rutina, trabajos de revisión anual, calibraciones trimestrales y lubricación mensual.

Mantenimiento Predictivo: es descrito como basado en la condición del equipo. Ejemplos en este caso incluyen cambiar un rodamiento antes de que falle, basado en una rutina de análisis de vibración, cambiar lubricante basado en el análisis del aceite que indica excesivo contenido de partículas o falla en las propiedades del lubricante y reapriete de conexiones eléctricas basado en un estudio de cámara termográfica con rayos infrarrojos.

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Mantenimiento Proactivo es descrito como la eliminación de problemas del equipo por la identificación de las causas raíz, o la implementación de métodos que alarguen la vida de la maquinaria. El mantenimiento proactivo podría incluir la modificación de la operación, el diseño o los procedimientos de mantenimiento. Ejemplos específicos son: Alineación y balanceo de precisión en la maquinaria, procedimientos de instalación y lubricación de equipos, y especificaciones mejoradas (a menudo herméticas) para la compra de equipo nuevo.

En la mayoría de los programas de mantenimiento, los presupuestos típicos de mantenimiento generalmente son los siguientes:  45% MANO DE OBRA  40% PARTES, REFACCIONES  3% LUBRICACION  12% SUMINISTROS VARIOS (EQUIPOS)

Se estima que el 80% de las fallas de maquinarias se deben a una lubricación inadecuada y a la contaminación del lubricante. 50% de las fallas de rodamientos están asociadas con la contaminación del aceite y deficiente lubricación. Aproximadamente el 47% de los trabajos que el área de mantenimiento de las empresas realiza son atribuibles a errores humanos de omisión ó comisión. Representan el 69% de los gastos de mantenimiento y el 63% de las horas de trabajo. El 42% de los trabajos innecesarios fueron causa de malos diseños e ingeniería deficiente. Hudachek and Dodd (ASME) reportan en el documento “Progress and Payout of a Machinery Surveillance and Diagnostic Program”

que las prácticas de

mantenimiento reactivo para máquinas rotativas en general cuestan algún 30% más que el mantenimiento preventivo, y alrededor de 100 por ciento más que el mantenimiento predictivo. Finalmente, en la prisa por regresar al proceso productivo, ningún esfuerzo sustantivo se realiza para verificar la adecuada reparación e instalación de la máquina previa al 25

arranque. El criterio primario para decidir que una máquina está lista es que ella “es capaz de producir producto”. Poco se piensa por considerar que la vida de componentes de maquinaria se va disminuyendo, el incremento en el uso de energía, y en lo posible la calidad del producto que se ve disminuida. El mantenimiento reactivo en niveles con rangos que van más allá del 5-10% deberá considerarse una práctica que se debe evitar, o en otras palabras “la peor práctica”. La lubricación pocas veces se toma en cuenta.

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4.- ADMINISTRANDO LA LUBRICACION DE MAQUINARIAS CON BASE EN LA CONFIABILIDAD

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4.- ADMINISTRANDO LA LUBRICACION DE MAQUINARIAS CON BASE EN LA CONFIABILIDAD Cincuenta años atrás se pensaba que la protección venía de la viscosidad cinemática o la viscosidad nominal. Se conocía muy poco sobre las propiedades de los diferentes tipos de lubricantes, los efectos de aditivos polares y su habilidad para reducir el desgaste. Un aceite de última tecnología tenía tan sólo un 20% de los aditivos de los aceites de hoy. Comparado con los lubricantes disponibles hace tan sólo diez años, un aceite actual presenta casi un 20% más de viscosidad en las partes críticas de la maquinaria; mayor resistencia al cizallamiento, pero sin aumentar su resistencia en las áreas donde no lo requieren ni restringir la fluidez durante el arranque. Los años de pruebas y mejoras han logrado más protección con aditivos nuevos. Los aceites tenían mucho más impurezas y compuestos aromáticos con mucha más evaporación que los aceites disponibles hoy en día. El único argumento para seguir utilizando aceites con estos niveles deficientes de protección y relativo “costo menor” es la falta de conocimiento por parte del usuario, pues los costos a largo plazo por fallas prematuras, consumo mayor de energía, mayor consumo de refacciones y paros no programados no se justifican.

LA CONFIABILIDAD EN LA LUBRICACION DE MAQUINARIAS Operar con confiabilidad significa que uno pueda confiar en su maquinaria, es decir, producir lo que se tiene planeado producir, cuando se tiene planeado, en la cantidad necesaria y por el número de años esperado; sin salir de operación durante ese tiempo. En una cultura de confiabilidad, las fallas de la maquinaria no son vistas como fallas de una máquina sino que se ven como una falla del sistema que permitió que ocurriera la falla. En una cultura de confiabilidad las prácticas de mantenimiento preventivo, predictivo y proactivo se combinan en una estrategia integral. El monitoreo de la condición se persigue “religiosamente”. El mantenimiento se realiza en base a la 28

condición o eliminado enteramente a la máxima extensión posible. Subsecuentemente, los diagnósticos de condición se usan para analizar la causa raíz de una falla y se buscan soluciones para evitar la falla en el futuro. La herramienta más importante para lograr la confiabilidad en los sistemas de lubricación industriales es la información (uno de los objetivos del presente trabajo); la importancia de la información es tan grande que algunos autores definen la decisión como la transformación de la información en acción. Así, la información se encuentra en la base de: la gestión excelente; la promoción de los cambios necesarios para las mejoras operativas; la generación de conocimiento; la planificación eficaz y eficiente; la evaluación y la revisión de los logros; la evolución de las tendencias en el uso de los servicios; la gestión de la prevención y el control del presupuesto. Sin ella, la mayoría de las decisiones, como mucho, quedarían en meros impulsos con algún que otro acierto. Para maximizar la disponibilidad de los activos del proceso productivo, las utilidades de la empresa, extender el intervalo de vida de los lubricantes y reducir al mínimo los problemas asociados a fallas en la lubricación, se requiere la implementación de estrategias enfocadas principalmente en tres áreas:

1.- Conocimiento y capacitación: Comprender las características y propiedades más importantes de los aceites lubricantes, las normas, las certificaciones de calidad y desempeño de producto actuales, los requerimientos específicos de cada proceso, aplicación, así como el impacto de la lubricación en el consumo energético y la disponibilidad cada equipo en específico, permiten evaluar y seleccionar a los lubricantes desde un nuevo enfoque, privilegiando la calidad, el mejor desempeño y la mejor relación costo-desempeño de la gama de ofertas existentes.

2.- Mejora del entorno: La selección y compra de maquinaria en base a nuevas especificaciones y estándares de protección, hermeticidad, visualización del estado del lubricante, puntos confiables de suministro y muestreo. Implementación de reingeniería y rediseños específicos a equipos existentes para mejorar su fiabilidad (sistemas

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cerrados, actualización de tecnologías de sellado, puntos de muestreo, dispositivos para el control de contaminantes).

3.- Monitoreo de condición: El análisis del entorno de lubricación de una manera proactiva se apoya en realización de métodos de pruebas normalizados (ISO, API, ASTM, AGMA, DIN, etc.) al lubricante en servicio para determinar su condición, implementando estándares de limpieza basados en las mismas normas para cada aplicación vía sistemas de purificación, sistemas de filtración de alta eficiencia y, bajo ciertas condiciones muy particulares, dosificación controlada de algunos aditivos.

Para lograr una eficiente implementación de las metodologías de confiabilidad en lubricación, es necesario conocer las características específicas de la maquinaria y equipos de la planta ó proceso:  Definir el propósito y función de cada componente en el tren de la maquinaria.  Definir los requerimientos específicos y el nivel de desempeño aceptable para cada componente de la maquinaria y cada función del proceso operativo.  Definir la criticidad (impacto ambiental y a la producción en caso de falla) de toda la maquinaria, sistemas, componentes, partes y procedimientos.  Determinar los modos de fallas de los componentes.  Utilizar información de los modos de fallas críticos para definir los efectos e impactos de cada falla. 30

 Definir los síntomas para cada modo de falla enlistado.  Definir una historia clínica de cada componente del proceso.

Se requiere del compromiso, responsabilidad y trabajo en equipo del personal directivo, de planeación, adquisición de bienes, de producción y de mantenimiento con base a información, entrenamiento, certificación y asesoramiento técnico para poder lograr una implementación exitosa comprobable con resultados. La tribología se puede interpretar como una ciencia aliada para lograr los objetivos de producción rentable y sustentable al ayudarnos a controlar el deterioro y desgaste de la maquinaria.

BENEFICIOS OPERATIVOS Y ECONOMICOS ESTIMADOS DE LA CONFIABILIDAD EN LA LUBRICACION DE MAQUINARIAS

Beneficios operativos a) Aumentar la vida de los aceites lubricantes b) Aumentar la vida útil de los activos del proceso productivo c) Disminuir la contaminación por la disposición de aceites gastados d) Eliminar tiempos muertos ocasionados por paros de planta e) Disminuir riesgos operativos en el cambio de aceites lubricantes de los equipos y riesgos durante operación normal de los equipos por posibles fallas mecánicas f) Crear una conciencia ecológica en el personal de la empresa g) Tener personal capacitado en la asimilación de tecnología involucradas h) El ser una empresa con capacidad para competir a nivel internacional, debido a una actitud positiva hacia la búsqueda de la calidad total. 31

Beneficios económicos Según el JOST REPORT Del BRITISH MINISTERY OF STATE FOR EDUCATIONAL AND SCIENCE; los beneficios al operar con prácticas de lubricación basadas en confiabilidad son estimables:  Reducción en consumo de energía por reducción de fricción: 7.5%  Ahorro en costos de lubricantes: 20%  Ahorro en reparaciones: 20%  Ahorro por paros: X%  Ahorro en eficiencia, mínimo: 1%  Ahorro por mayor vida del equipo: 5%  Ahorros en mano de obra: 0.13% TOTAL: aproximadamente >53%

IMPLEMENTACION DE ESTANDARES DE COMPARACIÓN (BENCHMARKS) Además de las mejores prácticas de mantenimiento y lubricación, los líderes en el mantenimiento agregan una herramienta adicional; ellos miden su progreso y el éxito. Como el Dr. Juran, uno de los primeros expertos en administración de la calidad, una vez dijo, “si no lo mides, no puedes administrarlo”. Poniendo este enunciado en un sentido más positivo, “si lo mides, puedes administrarlo; y lo mejorarás”. Para medir adecuadamente, se deben comparar los resultados a estándares de comparación (benchmarks). Los estándares de comparación que se establezcan para juzgar el rendimiento son críticos para el éxito. Finalmente, es importante señalar que el éxito de cualquier planta de manufactura requiere:

a) Conocimiento de la condición del equipo. b) Entrenamiento para asegurar la comprensión. c) Enfoque en los objetivos correctos. d) Equipo de trabajo por sinergia. 32

e) Comunicación para asegurar la cooperación. f) Llevar estándares de comparación (benchmarks) para proveer comparaciones del rendimiento y la efectividad. g) Liderazgo para crear un ambiente de mejora continua y asegurar el conocimiento, entrenamiento, enfoque, trabajo de equipo, comunicación y llevar estándares de comparación.

Aprendiendo qué es lo que las mejores plantas están logrando y cómo se puede comparar a ellas (benchmarking), emulando cómo lo hacen (Mejores prácticas), y agregando una medición de su propio sentido común y habilidad de administración, una planta puede exceder niveles de rendimiento de los estándares de comparación actuales e incrementar el nivel de efectividad de todo equipo (Overall Equipment Effectivenes-OEE ), resultando en un incremento de la producción, mejor utilización del activo, más altos niveles de ganancias y rendimientos de clase mundial.

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5.- TRIBOLOGIA: LA CIENCIA DE LA LUBRICACION

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5.- TRIBOLOGIA: LA CIENCIA DE LA LUBRICACION La fricción en los elementos de máquinas es una causa seria de la disipación de energía, el desgaste producto de la fricción y la corrosión son las principales causas de pérdida de material en componentes. Cualquier reducción en la fricción traerá considerables ahorros en consumo de energía, el desgaste y la corrosión al igual que la fricción traerán significativos ahorros si son controlados. Antes del nacimiento de la tribología como ciencia se pensaba en el término “lubricación” o ingeniería de lubricación. No se había generalizado la disminución de la fricción y el desgaste como prácticas cotidianas. La palabra tribología es un término utilizado desde fines del siglo XX. Deriva de la palabra griega “Tribos” (frotar, rozar) y “logos” (tratado). Hoy se usa para definir a la ciencia que estudia la fricción, el desgaste y la lubricación de superficies en contacto o movimiento relativo. El auge de esta ciencia comenzó a tomar gran interés por el año de 1966 donde un estudio realizado por el gobierno de la gran Bretaña, conocido como “reporte Jost” (Jost Report), sugirió que en Reino Unido se podían lograr ahorros de hasta 500 millones de libras esterlinas, al aplicar tecnología tribológica en el diseño, construcción y operación de maquinaria industrial. En la presente y futura situación económica, los materiales y la conservación de la energía juegan un papel de suma importancia. De acuerdo a algunos estimados, aproximadamente un tercio de los recursos energéticos existentes se pierden en forma de fricción. La tribología tiene como fin conservar y reducir las pérdidas de energía en máquinas y equipos, lograr movimientos más rápidos y precisos, incrementar la productividad y reducir el mantenimiento, prolongar la vida útil de los mecanismos y componentes que interactúan en el proceso de la lubricación, por medio del control y reducción del desgaste en los mismos. Con la tribología como ciencia se estudia la fricción y sus efectos asociados, tratando de prevenirlos con mejores diseños y prácticas de lubricación. Toma en cuenta, entre otros aspectos de la maquinaria industrial, los siguientes:

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El diseño: Los materiales de las superficies en contacto El sistema de aplicación del lubricante

Las condiciones de operación: El medio circundante Las temperaturas de operación

La tribología se centra en el estudio de tres fenómenos: La fricción entre dos cuerpos en movimiento El desgaste como efecto natural de este fenómeno La lubricación como un medio para reducir el desgaste

FRICCION

Entendiendo que “aún la superficie más lisa tiene rugosidades”; su efecto inmediato es el desgaste del equipo. No podemos hablar de fricción sin hablar acerca de la Energía, la cual está asociada con el uso y abasto de la misma. El uso de los recursos naturales para producir Energía, originó la Revolución Industrial, dando como consecuencia un uso irracional de la explotación de energéticos que se usaban desde entonces. Se sabe que el 33% de la energía se pierde por fricción y fenómenos asociados. También un gran porcentaje de cierre de plantas es causado por el estado crítico de su

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maquinaria. Basados en esto, es necesario encontrar la forma de manejar energía perdida y los cambios causados por la fricción en la maquinaria de plantas Industriales. La fricción se define como la resistencia que actúa en una dirección opuesta a la dirección del movimiento durante el deslizamiento o rodamiento que experimenta un cuerpo sólido al moverse sobre otro con el cual está en contacto. Esta resistencia al movimiento depende de las características de las superficies. Una teoría explica la fricción como la resistencia por la interacción entre puntos de contacto y la penetración de las asperezas. La fricción no es una propiedad del material, es una respuesta integral del sistema. La fricción depende de: a) La interacción molecular (adhesión) de las superficies b) La interacción mecánica entre las partes.

Existen dos tipos principales de fricción: la fricción estática (FE) y la fricción dinámica (FD). El primero es una resistencia, la cual se debe superar para poner movimiento un cuerpo con respecto a otro que se encuentra en contacto. El segundo, es una fuerza de magnitud considerada constante que se opone al movimiento una vez que éste ya comenzó. En resumen, lo que diferencia a un tipo de roce con el otro, es que el estático actúa cuando los cuerpos están en reposo relativo, en tanto que el dinámico cuando están en movimiento. El roce estático es siempre menor o igual al coeficiente de fricción entre los dos objetos (número medido empíricamente y que se encuentra tabulado) multiplicado por la fuerza normal. El roce cinético, en cambio, es igual al coeficiente de fricción, denotado por la letra griega μ, por la normal en todo instante.

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Existen tres leyes de la fricción:  La fuerza de fricción es proporcional a la carga normal.  La fuerza de fricción es independiente de la aparente área de contacto entre las superficies deslizantes.  La fuerza de fricción es independiente a la velocidad de deslizamiento.

DESGASTE El deslizamiento entre superficies sólidas se caracteriza normalmente por un alto coeficiente de fricción y un gran desgaste debido a las propiedades específicas de las superficies. El desgaste es el daño de la superficie por remoción de material de una o ambas superficies sólidas en movimiento relativo debido a la fricción. Es un proceso en el cual las capas superficiales de un sólido se rompen o se desprenden de la superficie. Al igual que la fricción, el desgaste no es solamente una propiedad del material, es una respuesta integral del sistema. Se deduce fácilmente que para aumentar la vida útil de un equipo se debe disminuir el desgaste al mínimo posible.

Normalmente, el desgaste no ocasiona fallas violentas, pero trae como consecuencias: reducción de la eficiencia de operación, consumo de lubricantes,

pérdidas de potencia, incremento del

eventualmente conduce al reemplazo de componentes

desgastados y a la obsolescencia de las máquinas en su conjunto.

Se estima que el desgaste en la industria se debe en un 50% a la abrasión, un 15% por adhesión y el porcentaje restante se divide entre los demás tipos. En muchos 38

procesos pueden coexistir dos o más tipos de estos desgastes, además, en algunos de estos desgastes se han observado dos regímenes denominados desgaste suave y desgaste severo. En un buen diseño tribológico, la pérdida de material es un proceso muy lento, pero es estable y continuo.

TIPOS DE DESGASTE:

Desgaste por Erosión. Es producido por una corriente de partículas abrasivas, muy común en turbinas de gas, tubos de escape y de motores. El desgaste efectuado por el mecanismo de erosión genera la pérdida de material en la superficie, debido a estar expuesta a repetidos impactos de partículas sólidas, gaseosas o líquidas en medios acuosos o secos. La pérdida de material que experimenta una superficie puede ser debida al flujo de una mezcla de partículas sólidas dentro de un líquido a altas velocidades. Otra forma de daño es originada por impacto de pequeñas partículas sólidas.

Desgaste por Fatiga. Surge por concentración de tensiones mayores a las que puede soportar el material. Incluye las dislocaciones, formación de cavidades y grietas. Este tipo de desgaste ocurre cuando piezas son sometidas a elevados esfuerzos, los cuales provocan la aparición y propagación de grietas bajo la acción repetitiva de ciclos. Los esfuerzos a los que están sometidos los materiales particularmente en las capas superficiales, promueven en la mayoría de los casos, alteraciones en la estructura cristalina y en el 39

tamaño de grano del material. El picado originado a partir de grietas, es una de las fallas por fatiga de contacto superficial típica de elementos de máquinas, los cuales trabajan bajo régimen de lubricación elastohidrodinámica y elevadas cargas superficiales. Este es el caso de cojinetes de rodamiento y ruedas dentadas en su punto de contacto. Aquí, el mecanismo principal de falla es la aparición y propagación de grietas después que las superficies han almacenado una determinada deformación plástica. Por esto, es importante el buen acabado superficial y la correcta selección y filtrado de los lubricantes.

Desgaste Abrasivo. Se define como la pérdida de masa resultante de la interacción entre partículas o asperezas duras que son forzadas contra una superficie y se mueven a lo largo de ella. En el desgaste abrasivo el material es removido o desplazado de una superficie por partículas duras, de una superficie que es deslizada contra otra. Existen dos formas básicas de abrasión. Abrasión por desgaste de dos cuerpos ó abrasión por desgaste de tres cuerpos. La diferencia entre desgaste abrasivo y desgaste por deslizamiento es el “grado de desgaste” entre los cuerpos involucrados (mayor desgaste en el abrasivo), ya sea por la naturaleza, tipo de material, composición química, o por la configuración geométrica. El mecanismo más efectivo de remoción de material en desgaste abrasivo para materiales dúctiles es el corte. Aunque en función de determinadas variables del

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sistema y propiedades de los materiales involucrados, la eficiencia en la remoción de material bajo este mecanismo puede ser atenuada.

Desgaste por Corrosión. Originado por la influencia del ambiente, principalmente la humedad, seguido de la eliminación por abrasión, fatiga o erosión, de la capa del compuesto formado. A este grupo pertenece el desgaste por oxidación. Ocasionado principalmente por la acción del oxígeno atmosférico o disuelto en el lubricante, sobre las superficies en movimiento. Se caracteriza por la formación de una película de óxido en la superficie. La combinación de efectos de desgaste y corrosión pueden resultar en una pérdida total de material mucho más grande que si se presentaran individualmente. La deformación plástica por altos esfuerzos de contacto causa endurecimiento por deformación y susceptibilidad al ataque químico. De igual forma la deformación plástica ocurrida en mecanismos de desgaste por impactos puede hacer que las superficies sean más susceptibles a la corrosión.

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Desgaste Fretting. El desgaste por fretting ocurre entre dos superficies en contacto. Las cuales experimentan pequeñas oscilaciones cíclicas (del orden de 1 a 100 μm). Cuando algunas vibraciones aparecen en las superficies en contacto, ocurren pequeños deslizamientos en la dirección del movimiento relativo, esos pequeños deslizamientos son causa de desgaste por fretting. Un fenómeno asociado al daño por fretting, es la aparición de grietas en la región afectada, lo que ocasiona reducción de la resistencia a fatiga del material, en caso que el componente experimente esfuerzos cíclicos.

Desgaste por cavitación. Es un fenómeno frecuente encontrado en equipos hidráulicos, el cual genera gran dificultad para su mantenimiento; el desgaste por cavitación se define como el daño que ocurre en los materiales debido al crecimiento y colapso de pequeñas burbujas, que surgen debido a las variaciones de presión durante el flujo de un fluido.

Sus efectos van desde la pérdida de eficiencia, hasta la inutilización completa del equipo. La disipación de energía ocurre en virtud de la viscosidad del fluido, que de manera general, puede ser considerado como un factor de amortiguamiento, 42

transformando la energía mecánica en energía térmica. La viscosidad también reduce la tasa de crecimiento o colapso de las micro-burbujas, reduciendo con esto el daño potencial. La compresibilidad del líquido tiene gran influencia en la formación de las ondas de choque y en la fase siguiente del colapso: la compresibilidad del fluido causa una atenuación de las ondas de choque emitidas y disminuye el daño total provocado. Cuando el colapso ocurre próximo a una superficie sólida esta altera el flujo y da origen a un segundo mecanismo de daño posible: los micro-chorros.

Desgaste por deslizamiento. También conocido como desgaste por adhesión es el proceso por el cual se transfiere material de una a otra superficie durante su movimiento relativo como resultado de soldadura en frío debido a las grandes presiones existentes entre las asperezas, en algunos casos parte del material desprendido regresa a su superficie original o se libera en forma de virutas o rebaba. Un deslizamiento producirá un desprendimiento de material de la superficie suave. Deslizamientos continuos causarán que las uniones entre asperezas sean cizalladas y nuevas uniones sean formadas; permitiendo que parte del material arrancado se transfiera a la superficies del otro. Así, la superficie que gana material aumenta su rugosidad con el agravante de que cuando el movimiento continua, se genera desgaste abrasivo contra la otra superficie. Es uno de los tipos de desgaste que ocurren con mayor frecuencia en la industria y por esto es estudiado con gran interés por los investigadores. En el desgaste por deslizamiento están presentes mecanismos de adhesión, formación y crecimiento de grietas sub-superficiales por fatiga y formación de películas superficiales por procesos triboquímicos. También ocurre abrasión por microcorte y surcado.

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LA PELÍCULA LUBRICANTE Un aceite lubricante tiene como principal función mantener separadas las superficies de los componentes de maquinaria que interactúan entre sí; generalmente con un espesor de película dentro del intervalo de 0.5 a 20 micras (1 micra=0.0000001 metro). Denominaremos “película” a la porción del elemento lubricante que facilitará el movimiento de los componentes; los cuales, generalmente son metálicos. Existen diferentes tipos de película lubricante: lubricación límite de las superficies, lubricación hidrodinámica ó elastohidrodinámica, la protección de las superficies en estas formas de lubricar también dependerá en gran medida de los aditivos agregados al aceite lubricante.

“MICRA = MICRÓMETRO = μm” 1 micra =

0.001 mm (0.000039 pulgadas)

10 micras =

0.01 mm (0.0004 pulgadas)

Punto más pequeño perceptible por el ojo humano =

40 μm

Grosor de un hoja suelta de papel para notas=

75 μm

*El micrómetro es la unidad estándar para medir contaminantes formados por partículas en sistemas mecánicos lubricantes y de fluidos.

PELÍCULA FLUIDA. Las superficies en movimiento son separadas, aprovechando el grosor y la viscosidad de la película aportada por el lubricante y a través de su propio esfuerzo cortante. El espesor de la película lubricante depende en gran parte de la viscosidad del lubricante tanto en el extremo alto como bajo de temperatura. La fricción y el desgaste generado son mínimos, por lo que es el tipo de lubricación más deseada. Con frecuencia se le

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llama la forma ideal de lubricación, porque proporciona alta resistencia al desgaste. La película fluida puede ser formada de varias maneras a saber.

Película Hidrodinámica: Se forma a través del movimiento de las superficies lubricadas convergiendo en un punto, en el cual, se genera una presión de sustentación tal, que permite mantener estas superficies separadas. La película lubricante que proporciona estabilidad. No se basa en introducir lubricante a presión (puede hacerse); exige un caudal de aceite, la presión se genera por movimiento relativo. También se conoce como lubricación de película gruesa, completa o perfecta.

Película Hidrostática: Se genera mediante el bombeo a presión de un fluido entre las superficies, las cuales pueden o no estar en movimiento (no es necesario el movimiento relativo entre las superficies) se emplea en cojinetes lentos con grandes cargas. 45

Película Elasto-Hidrodinámica (EHL): Las películas EHL se forman en sistemas que contienen dos superficies metálicas lubricadas en movimiento y soportando una determinada carga. El elemento metálico se deforma leve y elásticamente, permitiendo la formación de la película hidrodinámica, la cual separa dichas superficies. Este es un tipo de lubricación que desde su descubrimiento por los profesores británicos Dowson Duncan y Higginson Gordon en la década de los años 50´s marcó el verdadero comienzo a la solución de los problemas de desgaste en mecanismos que funcionan sometidos a condiciones de altas cargas y que hasta entonces se manejaban como mecanismos lubricados por película límite ó fluida. La lubricación EHL se presenta en mecanismos en los cuales las rugosidades de las superficies de fricción trabajan siempre entrelazadas y nunca llegan a separarse. En este caso las crestas de las superficies permanentemente se están deformando elásticamente y el control del desgaste y el consumo de energía depende de la película adherida a las rugosidades. La definición de la lubricación Elastohidrodinámica se puede explicar así: Elasto: elasticidad, ó sea que la cresta de la irregularidad en el momento de la interacción con la cresta de la otra superficie se deforma elásticamente sin llegar al punto de fluencia del material; Hidrodinámica: ya que una vez que ocurre la deformación elástica la película de aceite que queda atrapada entre las rugosidades forma una película hidrodinámica de un tamaño microscópico mucho menor (de 1μm ó menos) que el que forma una película hidrodinámica propiamente dicha (5 μm).

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Uno de los requerimientos más importantes de la lubricación elastohidrodinámica es cuando el aceite llega a un punto de muy alta presión; realmente se necesita la máxima lubricación y no la máxima viscosidad posible. El aceite se “solidifica” y pasa por los cojinetes ó superficies en contacto de árboles de levas, rodamientos, dientes de engranes, etc. en forma sólida, deformando la pieza. Si el aceite es demasiado viscoso, tiene que deformar más los cojinetes y/o superficies para pasar. Esto puede causar mayor fatiga en estas piezas. Cuando llegamos a entender que el aceite puede solidificarse y comportarse como un lubricante sólido, podemos comprender el daño del exceso de viscosidad en la duración de las piezas y la energía consumida para deformarlas.

PELÍCULA DELGADA. Distinta a la consideración anterior, existen sistemas que por diseño o por limitaciones del propio equipo, no permiten la lubricación continua y suficiente:

Lubricación mixta Es una condición intermedia entre las películas límite e hidrodinámica, en la cual un buen porcentaje de las crestas de las dos superficies interactúan presentándose la película límite y otras ya están separadas en las cuales la película límite no desempeña ninguna labor. En la lubricación mixta el desgaste y el consumo de energía dependen tanto de las características de la película límite como de la resistencia a la cizalladura de la película fluida y de su estabilidad (índice de viscosidad). Si las presiones en los elementos de máquinas lubricados resultan ser demasiado altas (alta carga) o las velocidades de operación son demasiado bajas, la película del lubricante se dispersa; existe algún contacto entre asperezas y entonces ocurre este tipo de lubricación.

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El comportamiento de la conjunción en un régimen de este tipo se rige por una combinación de efectos marginales y de película fluida. La interacción parcial ocurre entre una o más capas moleculares de películas de lubricación marginal. La acción parcial de la lubricación de película fluida se desarrolla en un volumen del espacio entre los sólidos. El espesor promedio de la película en una conjunción de este tipo es menor a una micra pero mayor a 0.01 micras (μm).

Lubricación marginal La película de lubricante es tan fina que existe un contacto parcial metal-metal. Tanto la película de aceite portante como la capa límite tienen importancia. La acción resultante no se explica por la hidrodinámica. Puede pasarse de lubricación hidrodinámica a límite por caída de velocidad, aumento de la carga o disminución del caudal de aceite. En este tipo de lubricación más que la viscosidad del lubricante es más importante la composición química (aditivos). El comportamiento depende en primera línea de las cualidades de la capa límite.

En la lubricación marginal los sólidos no están separados por el lubricante, los efectos de la película fluida son insignificantes y existe un contacto de las asperezas importante. El mecanismo de lubricación por contacto se rige por las propiedades físicas y químicas de las películas delgadas de superficie de proporciones moleculares. 48

Las propiedades volumétricas del lubricante tienen menor importancia; las propiedades de los sólidos y la película del lubricante en las interfaces comunes determinan las características de la fricción. El espesor de las películas de superficie varía entre 1 y 10 nm, dependiendo del tamaño molecular. En este tipo de régimen, el grado de interacción de asperezas y la tasa de desgaste se incrementa a medida que la carga aumenta. La transición de lubricación marginal a una condición no lubricada se distingue por un cambio drástico en la tasa de desgaste. A medida que se incrementa la carga relativa en el régimen no lubricado la tasa de desgaste se incrementa hasta que se presentan estrías o cuando ocurre agarrotamiento y el elemento de la máquina ya no opera adecuadamente.

VISCOSIDAD DE LOS ACEITES LUBRICANTES La viscosidad, es la resistencia a fluir de un fluido; es una medida de la fricción interna del aceite y es la propiedad más relevante del aceite para fines de lubricación, pues aporta el espesor de película necesario para mantener separadas las superficies lubricadas; depende en gran medida de la formulación del aceite y está relaciona de manera inversamente proporcional a la temperatura. Mientras exploramos este concepto más a detalle tenemos que comprender lo que esto implica: Entre más viscoso es un aceite, tenemos mayor resistencia, mayor consumo de energía, mayor fricción, mayor trabajo, mayor calor, menor circulación, etc. de ahí deriva la importancia de utilizar realmente la viscosidad correcta en cada aplicación.

VISCOSIDAD DINAMICA Conforme un fluido se mueve, dentro de él se desarrolla un esfuerzo cortante, cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido. Se define esfuerzo cortante, denotado con la letra griega τ (tau), como la fuerza que se requiere para que una unidad de área de una sustancia se deslice sobre otra. Entonces, τ es una fuerza dividida entre un área, y se mide en unidades de N/m 2 (Pa) o Lb/pie2. En fluidos como el aceite, agua, el

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alcohol u otros líquidos comunes, la magnitud del esfuerzo cortante es directamente proporcional al cambio de velocidad entre las posiciones diferentes del fluido.

La figura ilustra el concepto de cambio de velocidad en un fluido con el esquema de una capa delgada de fluido entre dos superficies, una de las cuales es estacionaria, en tanto que la otra está en movimiento. Una condición fundamental, cuando un fluido real está en contacto con una superficie de frontera, es que el fluido tenga la misma velocidad que ésta. Entonces, la parte del fluido en contacto con la superficie interior tiene una velocidad igual a cero, y aquella en contacto con la superficie superior tiene una velocidad ν. Si la distancia entre las dos superficies es pequeña, entonces la tasa de cambio de la velocidad con posición es lineal. Es decir, varía en forma lineal. El gradiente de velocidad es una medida del cambio de velocidad, y se define como (Δν/Δу) (Ecuación 1). También se denomina tasa cortante. El hecho de que el esfuerzo cortante en el fluido sea directamente proporcional al gradiente de velocidad se enuncia en forma matemática así: Ecuación 1.2 Donde la constante de proporcionalidad η (letra eta, en griego) se le denomina → 50

viscosidad dinámica del fluido. En ocasiones se emplea el término viscosidad absoluta. Se puede visualizar la interpretación física de la ecuación 1.2 si se mueve un fluido con una vara. La acción de moverlo hace que en éste se cree un gradiente de velocidad. Se requiere una fuerza mayor para agitar un aceite lubricante frío que tenga viscosidad elevada (valor elevado de η), que la que se necesita para mover agua, cuya viscosidad es menor. Este es un indicador del esfuerzo cortante mayor en el aceite frío. La aplicación directa de la ecuación anterior se emplea en ciertos tipos de dispositivos para medir la viscosidad.

Unidades de la viscosidad dinámica Para expresar la viscosidad empleamos varios sistemas de unidades diferentes. En ésta sección describiremos los sistemas que se usan con mayor frecuencia para la viscosidad dinámica. La definición de viscosidad dinámica se obtiene al despejar a η la ecuación 1.2:

Ecuación 1.3

Las unidades para η se obtienen si sustituimos aquellas del SI en la ecuación 1.3:

Debido a que Pa es otro nombre para los N/m2, η puede expresarse también como: A veces, cuando las unidades para η se combinan con otros términos (en especial con la densidad) conviene expresarlas en términos de kg en vez de N. Debido a que 1N= 1Kg·m/s2, η se expresa como:

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Así, en el SI, η se expresa en N·s/m2, Pa·s ó Kg/m·s. En la tabla siguiente se listan las unidades para la viscosidad dinámica en los tres sistemas más empleados. En cada uno de ellos se aprecia la dimensión de la fuerza multiplicada por el tiempo y dividida entre la longitud al cuadrado. En la tabla se mencionan las unidades del poise y el centipoise, porque todavía muchos de los datos contenidos en diversas publicaciones y especificaciones de manuales se expresan en ellas. Estas unidades forman parte del obsoleto sistema métrico llamado cgs, el cual se deriva de sus unidades base (centímetro, dina, gramo y segundo).

SISTEMA DE UNIDADES

UNIDADES PARA LA VISCOSIDAD DINAMICA

SISTEMA INTERNACIONAL (SI)

N·s/m2, Pa·s ó Kg/m·s

SISTEMA TRADICIONAL DE ESTADOS UNIDOS

lb·s/pie2 ó slug/ (pie·s)

SISTEMA cgs (OBSOLETO)

Poise = dina·s/cm2 = g/(cm·s) = 0.1 Pa·s Centipoise = poise/100 = 0.001 Pa·s = 1.0 mPa·s

VISCOSIDAD CINEMATICA Muchos cálculos de la dinámica de fluidos involucran la razón de la viscosidad dinámica en la densidad del fluido. Por conveniencia, la viscosidad cinemática ν (letra nu, en griego) se define como:

Debido a que η y ρ son propiedades del fluido, ν también es una propiedad. Las unidades para la viscosidad cinemática en el SI se obtienen con la sustitución de las unidades antes desarrolladas para η y ρ:

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La siguiente tabla lista las unidades de la viscosidad cinemática en los tres sistemas más empleados. En cada uno de ellos se aprecian las dimensiones fundamentales de longitud al cuadrado dividida entre el tiempo. Las unidades de stoke y centistoke son obsoletas, pero se mencionan porque es frecuente que ciertas publicaciones, fabricantes de equipo y proveedores de lubricantes las empleen. La unidad antigua del censtistoke equivale numéricamente a mm2/s; estas unidades forman parte del obsoleto sistema métrico llamado cgs, el cual se deriva de sus unidades base (centímetro, dina, gramo y segundo).

SISTEMA DE UNIDADES

UNIDADES PARA LA VISCOSIDAD CINEMATICA

SISTEMA INTERNACIONAL (SI)

m2/s

SISTEMA TRADICIONAL DE ESTADOS UNIDOS

pie2/s

SISTEMA cgs (OBSOLETO)

stoke = cm2 /s = 1 x 10-4 m2/s Centistoke = stoke/100 = 1 x 10-6 m2/s = 1 mm2/s

Diferencia entre la viscosidad cinemática y la viscosidad dinámica La viscosidad dinámica se puede definir como una medida de la resistencia a la deformación del fluido. Su ecuación es: Esfuerzo cortante mPa = (Viscosidad mPa·s) · (Velocidad de deformación [s -1])

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La viscosidad cinemática relaciona la viscosidad dinámica con la densidad del fluido utilizado. Las unidades más utilizadas de esta viscosidad son los centistokes [cst]. (1 stoke = 100 centistokes = cm2/s); Su ecuación es la siguiente: Viscosidad cinemática = viscosidad dinámica / densidad del fluido Podemos definir que la viscosidad dinámica es la viscosidad por definición: resistencia de los fluidos a fluir, mientras que la viscosidad cinemática es una relación entre viscosidad y la densidad del fluido en particular, términos completamente diferentes.

INDICE DE VISCOSIDAD (VI) Es probable que uno esté familiarizado con algunos ejemplos de la variación de la viscosidad de un fluido con la temperatura. Por lo general, es difícil que el aceite para motores escurra si está frío, lo que indica que tiene una viscosidad elevada. Conforme aumenta la temperatura del aceite, su viscosidad disminuye en forma notable. Por regla general, se sabe que la viscosidad se reduce al aumentar la temperatura y viceversa. La viscosidad de los fluidos disminuye con el aumento de la temperatura y de acuerdo a ésta se determina el espesor de película que se tendrá en un sistema de lubricación, ese valor es llamado lambda (λ). Recordemos que la viscosidad es la propiedad física más importante de los aceites. Pero en el funcionamiento de los equipos nos interesa que la viscosidad del lubricante disminuya lo menos posible con los cambios de temperatura. El índice de viscosidad (conocido como VI, por sus siglas en inglés) nos indica cuánto cambia éste con la temperatura. Es útil en cualquier aplicación donde se presenten cambios de temperatura (lubricación de maquinaria, sistemas de fuerza hidráulica, motores de combustión interna, etc.) especialmente cuando se trabaja en la selección del mejor aceite disponible. Para cuantificar esa característica se ideó un sistema denominado índice de viscosidad que fue ideado en 1929 por Dean y Deavis. El método consiste en comparar el aceite problema con dos aceites a los que se les asignaron valores arbitrarios; a uno se le asignó un índice de viscosidad “0” y al segundo otro índice de viscosidad “100”. (El primero era un aceite nafténico y el segundo un aceite parafínico de esa época). Lo que 54

se hace actualmente en el laboratorio es tomar la viscosidad cinemática de la muestra de fluido a 40°C y 100°C (104°F y 212°F) y luego se ingresan a un manual de ASTM los datos obtenidos, y en primer término se busca la viscosidad determinada de 100°C y luego se busca la de 40°C y la relación entre ellas es el índice de viscosidad.

Un índice “alto” (mayor a 90) significa que el cambio es menor, en cambio, un índice “bajo” (menor a 70) significa que el cambio es mucho mayor con respecto al mismo rango de temperatura. Valores de índice de viscosidad por encima de 140 nos indican que ese aceite tiene características de multigrado. Y cuando mayor es éste valor la caída de la viscosidad con la temperatura será mucho menor. Justamente es eso lo que se busca en la actualidad para la lubricación de la maquinaria industrial. El VI es un factor fundamental a tomar en cuenta en la selección de cualquier aceite lubricante, se debe seleccionar el lubricante con el valor más alto; mientras más elevado sea éste, mejor será el comportamiento del aceite y existirá más estabilidad en la película que separa las superficies en el rango de temperaturas de operación del equipo.

55

6.- ORIGEN Y FORMULACION DE LOS ACEITES LUBRICANTES

56

6.- ORIGEN Y FORMULACION DE LOS ACEITES LUBRICANTES ACEITES BASICOS El término lubricante es muy general, sabemos de inicio que la lubricación consiste en la introducción de una capa intermedia de un material ajeno entre las superficies en movimiento. Sin embargo mantener la separación de las superficies no es suficiente, es necesario que un lubricante tenga la capacidad de retirar el calor generado, que limpie y disperse a los contaminantes, que proteja a las superficies de corrosión, de las partículas abrasivas y contaminantes químicos del proceso ó ambiente. El lubricante está compuesto principalmente de una base (mezclas de dos o más aceites básicos) y en menor proporción un paquete de aditivos que mejorarán sus características y propiedades tanto de protección a las superficies lubricadas como al fluido lubricante mismo. El aceite base es fluido que le dará las características más importantes a un aceite lubricante (viscosidad, fluidez, estabilidad térmica, etc.). Puede ser de origen vegetal (poco disponibles y utilizados a nivel industrial), provenir de la destilación del petróleo ó bien de reacciones petroquímicas, aunque también se trabaja en nuevas tecnologías.

ACEITES BASICOS MINERALES (HIDROCARBUROS DERIVADOS DEL PETROLEO)

VEGETALES

SINTETICOS (DEL TIPO HIDROCARBUROS PAO´S)

SINTETICOS (NO HIDROCARBUROS)

NUEVAS TECNOLOGIAS (2010-2030); GTL (GAS TO LIQUIDS)

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Lubricantes de origen mineral El aceite de lubricación se hace de la porción más viscosa de un petróleo crudo que ha sido sometido a un proceso de destilación fraccionada. Se produce generalmente a partir de crudos parafínicos y nafténicos. Después de diversos procesos de limpieza del crudo, se lleva a torres de destilación o fraccionamiento y se destila a presión atmosférica. Al calentar se logra que se separen los hidrocarburos de acuerdo con sus temperaturas de ebullición. Aceites de lubricación se encuentran en la fracción de temperaturas superiores a 400 ºC y posteriormente son bombeados a otras torres de fraccionamiento donde se someten a destilación en el vacío para separarlos del asfalto, y realizar sucesivamente otros procesos hasta obtener la base lubricante hidrogenada de origen mineral. En general se utilizan una gran variedad de procesos para manufacturar la base lubricante de origen mineral. Los procesos básicos son: destilación al vacío, deasfaltado, extracción, dewaxing (desparafinado), hidrotratamiento e hydrocracking (hidrocraqueo), finishing (acabado). Estos procesos se pueden emplear individualmente o en combinación y pueden ocurrir variaciones dentro de cada proceso básico. Las etapas mencionadas tienen la finalidad de aumentar el índice de viscosidad o hacer que la viscosidad de la base lubricante no sea muy afectada por variaciones bruscas de temperatura, aumentar la cantidad de saturados por hidrogenación de los aromáticos y olefinas, eliminar las parafinas más pesadas y rebajar el porcentaje de azufre.

Lubricantes sintéticos Después de la segunda guerra mundial se desarrollaron los aviones jet y se puso en evidencia que los aceites lubricantes convencionales no eran apropiados para el trabajo de

lubricación

bajo

condiciones

extremas

de

temperaturas

y

cargas.

Las

investigaciones que se han realizado han traído el desarrollo de mejores aceites lubricantes y su utilización en aviones comerciales y militares. Los aceites lubricantes sintéticos para maquinaria industrial y vehículos automotores que utilizamos hoy son, en su mayor parte, el resultado de todas estas investigaciones y son de gran importancia en países industrializados. 58

El término Hidrocarburo sintetizado (SHC), y lubricantes sintéticos, son utilizados igualmente para describir una familia de aceites y grasas sintéticos que incluyen lubricantes circulantes, lubricantes de engranes, lubricantes hidráulicos y lubricantes de compresores. Los aceites sintéticos se utilizan en circunstancias donde el lubricante de origen mineral no suministra un servicio apropiado como, por ejemplo, operaciones a temperaturas extremas. El aceite lubricante sintético es hecho por la combinación de compuestos químicos de baja masa molar para producir un producto terminado con propiedades planificadas y predictibles, es decir, un lubricante sintético es un producto diseñado en el cual cada fase de su construcción molecular es concebida para producir lo que se denomina un lubricante ideal. Esta planificación puede envolver polimerización de alquenos (olefinas) hasta obtener masas molares apropiadas. Los básicos de lubricantes sintéticos son también producidos de gas etileno. Debido a que la síntesis es hecha de un gas, los sólidos como las ceras, no son contenidos en los productos finales, como sucede en los procedimientos para elaborar básicos minerales. El gas etileno es destilado durante el proceso de destilación y reacciona para formar moléculas complejas, saturadas que son utilizadas para la producción de básicos sintéticos. Debido a que el etileno tiene mucha demanda en la industria de las resinas plásticas, los lubricantes sintéticos tienen un costo más alto. Los aceites lubricantes sintéticos son alternativos a los aceites lubricantes de origen mineral, descritos anteriormente, y poseen las siguientes ventajas:

Se consumen en menor cantidad, menores pérdidas por evaporación y menor tendencia a formar residuos. Se ensucian menos. Son de mayor duración. Resistentes

a

condiciones

extremas

(elevadas

temperaturas

o

bajas

temperaturas). Poseen mejor viscosidad y mejor índice de viscosidad. Pour Point entre -40ºF y -60ºF. Menos actividad a la oxidación, es decir, mejor estabilidad a la oxidación. 59

Químicamente más estables en ausencia de agua. Valores más bajos de coeficientes de fricción. Requieren un porcentaje sensiblemente menor de aditivos.

(a)

(b)

Figura. A diferencia de los aceites de origen mineral (b), las moléculas con mayor uniformidad permiten que los aceites sintéticos (a) disminuyan de manera significativa las pérdidas de energía por fricción en el lubricante.

No es raro que los lubricantes sintéticos proporcionen entre 5 y 10 veces más larga vida que los aceites minerales. Como resultado de la extensión del periodo de cambio, el costo de disposición es menor, además de menores costos de mantenimiento y menores costos por paros en la producción, debido a la menor cantidad de cambios. 60

Algunos de los aceites lubricantes sintéticos que ofrece el mercado actual son reportados en la siguiente tabla:

ALGUNOS TIPOS DE ACEITES LUBRICANTES SINTÉTICOS Alquil bencenos

Metil silicona

Clorados fenil metil silicona

Perfluorinato polieter

Diésteres (Dibasic Acid Esters)

Polialfaolefinas (PAO)

Difenil clorados

Polialquil Glicoles (PAG o GPA)

Ésteres fosfato

Polibutenos

Ésteres inhibidos

Polifenil éter

Ésteres polioles (POE o EPO)

Poliglicol inhibido

Fenil metil silicona

Silicato éster

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*Gracias a su menor coeficiente de fricción, los lubricantes sintéticos permiten un importante ahorro de energía, de acuerdo al tipo de maquinaria:

AHORROS DE ENERGIA EN MAQUINARIA CON EL USO DE LUBRICANTES SINTETICOS TIPO DE MAQUINARIA

AHORRO ESTIMADO DE ENERGIA

COMPRESORES RECIPROCANTES

3 A 7%

COMPRESORES DE TORNILLO

2 A 5%

CAJAS DE ENGRANAJES

1 A 5%

RODAMIENTOS EN: VENTILADORES

3 A 5%

BOMBAS CENTRIFUGAS

3 A 5%

MOTORES ELECTRICOS

3 A 5%

Los productos más avanzados disponibles actualmente. Los lubricantes sintéticos son los productos más avanzados, elaborados por la industria de los aceites. Estos productos deberán ser utilizados donde se requieran capacidades extraordinarias

de

protección

y

donde

los

lubricantes

tradicionales

fallan.

Desafortunadamente, los sintéticos no están siendo utilizados efectivamente en la industria. Hay muchas aplicaciones en los equipos, donde los sintéticos deberían estarse utilizando y podrían salvar miles de dólares anualmente. En la mayoría de los casos, el alto costo de los sintéticos es una razón por la cual los usuarios no seleccionan un aceite sintético. Sin embargo, el alto costo de los sintéticos, se paga por sí mismo, en términos de ahorros en su desempeño prolongado y en la mejoría de la operación y protección de los equipos y sus componentes.

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Nuevas tecnologías “Gas to Liquids” Gas a Líquidos (GTL) es un proceso para la conversión de gas natural en aceite sintético, que luego puede ser procesado aún más y derivar en combustibles, aceites y otros productos a base de hidrocarburos. Sin embargo, con este proceso de conversión en particular, el resultado es un aceite crudo extremadamente puro, sintético que es virtualmente libre de contaminantes tales como azufre, compuestos aromáticos y metales. Este crudo sintético a continuación, puede ser refinado en productos tales como combustible diesel, nafta, cera y productos lubricantes de muy alta calidad. Todas las tecnologías GTL se basan en el proceso químico original de Fischer-Tropsch. Este proceso convierte una mezcla de gas de síntesis de Hidrógeno y CO llamado gas de síntesis a los productos intermedios ya encadenado, como el combustible líquido y diversos productos petroquímicos. Esto se logra utilizando hierro-níquel, así como catalizadores a base de cobalto.

El material base de lubricantes creado con el gas a la conversión de petróleo se denomina parafina ISO. Las parafinas ISO parecen ser una alternativa viable para su uso como un aceite base para los lubricantes que en la actualidad se mezclan de aceites base clasificados como API grupo III y IV. La demanda dominante de los grupos III y IV de aceites base proviene principalmente de los fabricantes de motores de combustión interna para el mercado automotriz y aviación. Parámetros de rendimiento del lubricante se destacaron por la creciente demanda de la reducción de emisiones y

63

una mayor eficiencia energética. Aceites base de alta calidad son esenciales para la formulación de lubricantes que cumplen con las nuevas exigencias. Las parafinas ISO parecen proporcionar el tipo de rendimiento óptimo requerido para las condiciones de funcionamiento del motor de combustión interna, incluyendo buenas propiedades de viscosidad, resistencia a la oxidación y las condiciones de arranque en frío de baja temperatura. El desarrollo de estas acciones en los lubricantes útiles a largo plazo podría ser utilizado como una alternativa a los productos derivados del petróleo crudo. La maquinaria industrial requiere a menudo el rendimiento lubricante en la misma temperatura y rango resistencia de la película como los aceites de motor de combustión interna. Muchos en la industria consideran al GTL como el "santo grial" de la tecnología del gas. Las principales razones de esta búsqueda son los deseos de:

Aprovechar los aproximadamente 3.000 billones de pies cúbicos de reservas de gas del mundo de 6.100 billones de pies cúbicos considerados remota o no económicamente de acceso a los mercados ya sea por gasoductos o GNL. Beneficios económicos de la gran cantidad de gas producido en asociación con líquidos de hidrocarburos, ya sea crudo o líquidos de gas natural que se pierden en quemadores hacia la atmósfera debido a la falta de opciones viables de transporte de gas. Producir combustibles limpios para reducir al mínimo los impactos ambientales que también puede ser mezclados para mejorar la calidad de los combustibles convencionales sin ninguna pérdida en la economía de combustible o el rendimiento del motor. Producir las poblaciones de lubricante de alta calidad de base exigido por las maquinarias modernas. Diversificar las fuentes de energía, producción de combustibles para el transporte de gas, y en menor medida, carbón

64

CLASIFICACIONES DE ACEITES BASICOS POR A.P.I. Una de las clasificaciones más importantes para los aceites básicos; aceptada por organismos de varias naciones es la establecida por el Instituto Americano del petróleo (A.P.I., por sus siglas en inglés). Esta clasificación agrupa a los aceites base en diferentes categorías conforme a su origen, grado de refinamiento y a sus propiedades de desempeño.

GRUPO I: Estos son sus lubricantes de base mineral refinados con solventes. Los industriales comprendieron muy rápidamente que el petróleo crudo de la tierra dejaba mucho que desear si fuera a ser utilizado como un lubricante para los equipos y motores. El método de refinación con solvente elimina algunas de las impurezas del crudo que lo hacen mejor.

GRUPO II: Este proceso utiliza hidrodesintegración de la estructura molecular de los hidrocarburos para eliminar las impurezas y otros indeseables del petróleo crudo. El Grupo II se ha convertido en la columna principal para los lubricantes en el mercado actual.

GRUPO III: Siguen siendo un aceite de origen mineral, pero son considerados como sintéticos a través de una demanda legal entre los fabricantes Exxon (Mobil) y British Petroleum (Castrol), que los tribunales decidieron que debido a la severa hidrodesintegración y la transformación que sufre el petróleo crudo transformado, la estructura molecular original ya no era nada como su estructura original. Si bien estos son mejores que los aceites del grupo II en muchos aspectos, todavía carecen de algunas características de un lubricante sintético de verdad.

GRUPO IV o sintéticos: Poli olefinas (PAO), ésteres orgánicos, ésteres de fosfato (resistentes al fuego), y poli glicoles-poliolesteres son los tipos comunes de los aceites sintéticos. PAO´s son el aceite base de uso más común, mientras que cada uno de los otros tienen aplicaciones muy concretas en las que funcionan mejor. 65

“A mayor hidrógeno, mayor calidad de básicos minerales” Procesos típicos de refinación para la obtención de aceites básicos API de origen mineral (extraídos por solvente): Hidroprocesado: Elimina los hidrocarburos aromáticos, azufre, nitrógeno y oxígeno. Hidroterminado: Ligera reacción química del hidrógeno con compuestos polares, el básico adquiere un color más claro. Hidrocraqueado: Proceso catalítico para convertir los hidrocarburos diversos en moléculas parafínicas con la presencia de hidrógeno hasta 300 psi. Los aromáticos y nafténicos se convierten en parafínicos y se eliminan los heteroátomos. MEK: Metil Etil Cetona.

CADENA DE PROCESOS

DESTILACION

EXTRACCION POR FURFURAL U OTROS SOLVENTES

DESTILAHIDROCION FRACCIONADO

DESPARAFINICACION CON MEK

DESTILACION

BASICO

HIDROTERMINADO

DESPARAFINICACION CON MEK

ISOMERIZAHIDROGENO DESTILAHIDROCION A ALTA CION FRACCIONADO CON PRESION HIDROGENO

GRUPO I

HIDROGENO A ALTA PRESION

GRUPO II

DESTILACION

GRUPO III

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CARACTERÍSTICAS DE BÁSICOS MINERALES Y SINTÉTICOS. CLASIFICACION API PORCENTAJE (%) DE CATEGORIA SATURACION

AZUFRE

API GRUPO I

≤ 90

> 0.03

INDICE DE VISCOSIDAD 80-119

API GRUPO II

≥ 90

≤ 0.03

80-119

API GRUPO III

≥ 90

≤ 0.03

≥120

API GRUPO IV API GRUPO V

POLIALFAOLEFINAS PARA ESTERES Y OTROS BASICOS NO INCLUIDOS EN LOS GRUPOS I - IV

COMPARATIVO DE VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS DIFERENTES GRUPOS DE ACEITES BÁSICOS DE ORIGEN MINERAL (I, II, III) EXISTENTES CARACTERISTICAS/PROPIEDAD

VENTAJA

DESVENTAJA

COSTO

I

II,III

DISPONIBILIDAD

I

II,III

ESTABILIDAD A LA OXIDACION

II,III

I

AROMATICIDAD OPTIMA

I

II,III

COMPATIBILIDAD CON ADITIVOS

I

II,III

ESTABILIDAD AL REACCIONAR CON AGUA

II,III

I

PRESENCIA DE HETEROATOMOS

II,III

I

INDICE DE VISCOSIDAD

II,III

I

VOLATILIDAD

II,III

I

FLUIDEZ A TEMPERATURAS MUY BAJAS

II,III

I

COMPATIBILIDAD CON SELLOS

I

II,III

ESTABILIDAD QUIMICA

II,III

I

PUNTO DE INFLAMACION

II,III

I

COMPORTAMIENTO A ALTA TEMPERATURA

II,III

I 67

IMPORTANCIA DE LOS ADITIVOS EN LA FORMULACION DEL LUBRICANTE La elaboración de un aceite lubricante inicia al recibirse los aceites básicos en los tanques de almacenamiento de la planta que va a elaborarlos, de estos, dependiendo el volumen que se requiere producir o la viscosidad a obtener, se envían generalmente a un tanque o tina de mezclado, en este recipiente, se reciben los aceites básicos y se les adicionan los aditivos requeridos. Esta tina o tanque de mezclado, generalmente tiene un sistema de calentamiento y agitación para realizar una mezcla homogénea del producto. Una vez realizada la mezcla, se remite una muestra al laboratorio para su análisis, ya aprobado y posteriormente certificado se envía a los tanques de producto terminado para posteriormente proceder a su venta, a granel, o envasado. El paquete de aditivos generalmente se agrega para mejorar algunas de las propiedades que el aceite ya posee, para disminuir algunas negativas, para proporcionarle otras. Son sustancias químicas que tienen como función principal proteger las superficies lubricadas y al mismo tiempo proteger al aceite de los contaminantes y degradación garantizando así su durabilidad. Un básico sólo, no contiene todas las características necesarias para que el desempeño del lubricante sea óptimo, por ello, es necesario añadir los aditivos. En los aceites lubricantes industriales, normalmente el contenido de aditivos es inferior al 5% del total de la mezcla, el resto es el aceite básico; para el caso de los lubricantes automotrices, el porcentaje se eleva desde el 20% hasta un 25% del total del aceite lubricante.

68

Los aditivos se clasifican en tres grupos según su función:

Para proteger las superficies lubricadas Para conferir propiedades específicas Para proteger al aceite durante su servicio

Durante el servicio del lubricante, mucho aditivos son gradualmente consumidos, otros se pierden por evaporación y algunos son químicamente modificados mientras realizan sus funciones específicas. Debido a lo anterior, el aceite lubricante pierde gradualmente sus propiedades. Una vez que los aditivos se han consumido casi totalmente, el aceite base queda desprotegido. Cuando se consumen los aditivos cuya función es proteger el aceite base, el aceite es susceptible de degradarse.

Existen varios mecanismos mediante los cuales se presenta el agotamiento de los aditivos del aceite lubricante:

Ruptura por cizallamiento (Shear Stress) Neutralización (BN, Detergentes) con ácidos grasos Lavado por agua (Polaridad) Reacción vs Oxígeno (Antioxidantes) Son retirados junto con las partículas de desgaste y suciedad (Detergentes y Dispersantes)

Es conveniente hacer la aclaración, que cuando hablamos de aditivos que se utilizan en la formulación de aceites lubricantes, estamos hablando de productos que se obtienen mediante la utilización de una química avanzada, de años de estudio, pruebas de campo y desarrollo tecnológico, que de acuerdo al avance de la industria, permiten utilizarlos en formulaciones que cumplen los últimos requerimientos de lubricación solicitados por los fabricantes de maquinarias en el ámbito mundial.

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Por consiguiente, cuando se va a utilizar un aceite de calidad en un equipo industrial, no es necesario agregarle nada (productos aftermarket, agregados o aditivos), ya que éste no lo requiere.

Agentes con polaridad Muchos aditivos actúan por “polaridad”; que es la desigualdad en la distribución de cargas eléctricas. Polos de carga eléctrica opuesta, se atraen y viceversa. Como ejemplo se pueden mencionar enlaces hidrocarburo-sulfonato; el hidrocarburo actúa como el componente apolar (oleofílico) que se enlazará al aceite y el sulfonato es el extremo con polaridad (metalofílico, hidrofílico, etc.) que será atraído hacia el metal de las superficies ó hacia las partículas de agua y contaminantes presentes en el aceite lubricante.

Agentes de adhesividad Los aditivos de adhesividad aumentan las propiedades adhesivas de un lubricante, evitando el goteo y las salpicaduras durante el funcionamiento. Esto reduce el costo operativo y el riesgo de contaminación ambiental. Son compuestos de una combinación de polímeros de alto peso molecular que dan características de adhesividad al lubricante; son altamente viscosos y adhesivos, por lo cual tienden a permanecer en las superficies lubricadas. Entre los más utilizados se encuentran: aditivos de poliisobutileno (peso molecular entre 1,000,000 y 2,000,000), polímeros de olefina de alto peso molecular (hasta 4,000,000). Al contribuir significativamente a la retención de lubricante, el espesor de la película y la adhesión a la superficie, estos aditivos ayudan a garantizar la lubricación hidrodinámica en una

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amplia variedad de condiciones e incorporan un elemento de protección contra la corrosión.

Espesantes y mejoradores del índice de viscosidad (VI) Los lubricantes de aceite mineral se vuelven menos eficaces a temperaturas altas porque el calor reduce su viscosidad y la capacidad de formación de película. La solución tradicional a este problema fue realizar cambios de aceite estacionales en algunas aplicaciones. Con la llegada de los mejoradores de viscosidad, ya no fue necesario o conveniente. Los espesantes y mejoradores del índice de viscosidad (VI) son poliméricos y se añaden a los lubricantes para reducir el grado de cambio en viscosidad que se observa en temperaturas altas y bajas. Cuando los mejoradores de viscosidad se agregan a aceites con viscosidad baja, espesan eficazmente el aceite a medida que aumenta la temperatura. Esto significa que el efecto lubricante de los aceites minerales se puede extender en un rango de temperatura más amplio. Las familias de mejoradores de viscosidad se utilizan principalmente en aceites de motor multigrado, aceites de engranajes, fluidos de transmisión automática y algunos fluidos de sistemas hidráulicos. Los compuestos químicos que normalmente se agregan a los minerales son los siguientes: Poli Iso Butenos (PIB), Copolímeros de alquil metacrilato, Copolímeros de alquil acrilato, Copolímeros de vinil acetato – alquil fumaratos, Poliestirenos alquilados. Es importante señalar que los aceites sintéticos a base de Poli-Alfa-Olefina (PAO´s), ya tienen esas características de multigrado al producirse, ya que son elaborados por síntesis química con esa cualidad. En cambio en los aceites de origen mineral es necesario agregar aditivos para poder lograr la característica de multigrado.

Aditivos de extrema presión (EP) Este tipo de aditivos forma una película por reacción química muy tenaz y resistente entre las superficies en movimiento relativo. Se activan cuando el contacto entre metal y metal es inminente y la temperatura se incrementa (típicamente entre los 90 y 110°C), reaccionan con las superficies metálicas durante el funcionamiento generando una capa protectora que puede soportar calor y presión extremos. 71

La capa protege dos superficies metálicas en contacto contra las ralladuras y el agarrotamiento; también los hay de tipo insolubles (químicamente inactivos al metal). Entre los más comunes están los fosfitos orgánicos, olefinas sulfurizadas, parafinas cloradas, polisulfuros (son los portadores de azufre activo e inactivo), compuestos de molibdeno, boratos (el mecanismo de acción de éstos es por interposición).  Fe + S = Sales de hierro que recubren a la superficie  Fe + P = Sales de hierro que recubren a la superficie Es importante señalar que a temperaturas altas de operación (generalmente superiores a 80°C), algunos aditivos de azufre y fósforo pueden reaccionar y atacar a las aleaciones de cobre (bronce, latón, etc.) presentes en algunos componentes de los equipos a lubricar, de manera que habitualmente se formulan para equilibrar la protección con corrosión.

Aditivos antidesgaste (AW, antiwear) Los agentes antidesgaste actúan de forma similar a los aditivos de presión extrema, pero tienden a operar bajo cargas y presiones inferiores. Los agentes de presión extrema generalmente se complementan con aditivos antidesgaste para que sean eficaces en una amplia variedad de condiciones. La función de este tipo de aditivos consiste en proteger las superficies metálicas por medio de una película formada por reacción química; otros aditivos (como el ácido esteárico) se adhieren a las superficies metálicas vía el mecanismo de adsorción (útiles hasta los 150°C). Entre los aditivos comúnmente utilizados se pueden mencionar el Diaquil ditiofosfato de zinc (ZDDP). El cual también tiene propiedades anticorrosión y antioxidantes, el tricresil fosfato (TCP) se activa típicamente por arriba de los 200°C. Metal (Fe) + ZDDP = Sal metálica muy resistente (fosfatos, sulfuros, etc.) que recubren la superficie.

Aditivos inhibidores de formación de herrumbre Este tipo de sustancias protegen a las superficies metálicas evitando que el oxígeno presente en flujos indeseables de agua en estado líquido o vapor actúe corrosivamente sobre las mismas. El oxígeno puede representar un agente muy destructivo si los equipos lubricados operan a temperaturas elevadas; para el desarrollo de muchas 72

reacciones químicas como la oxidación, la velocidad de reacción se duplicará por cada incremento de 10°C en la temperatura. Al existir una reacción química entre el oxígeno y los componentes del lubricante, éste se puede convertir en ácidos, lacas, gomas, barnices, aldehídos, cetonas, etc., el aceite presentará un aumento en su viscosidad y una degradación acelerada. Para evitar la oxidación del lubricante, algunos antioxidantes del tipo fenólico disminuyen su reactividad rompiendo las cadenas de radicales libres y los ditifosfatos reaccionan con los peróxidos formados neutralizándolos. Por ello es muy común que este tipo de aditivos se utilice en la formulación de aceites para sistemas de circulación R & O (antiherrumbre y antioxidantes). Los aditivos más utilizados son los de tipo fenólico, ditifosfatos, sulfonatos, alquilaminas, aminofosfatados, ácidos grasos y ácidos fosfatados.

Aditivos detergentes Los aditivos detergentes tienen como principal función evitar y reducir la formación de depósitos, lodos, barnices y películas de contaminantes en las superficies lubricadas, neutralizan los ácidos orgánicos e inorgánicos (ácido sulfúrico) presentes en los motores de combustión interna ó en los procesos realizados por las máquinas. Son agentes limpiadores que se adhieren a las partículas de suciedad, evitando que se fijen a las superficies críticas. Los detergentes también se adhieren a la misma superficie metálica para mantenerla limpia y evitar la corrosión. Para proporcionar protección adicional, los detergentes con exceso de base neutralizan la combustión acídica, ayudando a controlar la corrosión y la acumulación de resinas en las superficies. Entre los compuestos más utilizados están el sulfonato de calcio, fosfatos y difosfatos básicos, salicilatos, fenatos de magnesio, carboxilatos y sales de éster salicílico, mezclas de imidazolina, Alquilo sulfonato sintético ramificado, neutro Alcoholes aniónicos etoxilados fosfatados / derivados de la benzotriazola, productos de condensación de alcanolamina de boro.

Aditivos dispersantes La función de este tipo de aditivos es distribuir (“dispersar”) y mantener en suspensión a los contaminantes del aceite lubricante, a diferencia de los detergentes no “limpian” las 73

superficies, ayudan a evitar la formación de sedimentos, barniz y otros depósitos en superficies críticas, taponamientos de filtros, conductos y venas de lubricación, no permiten que se aglomeren las partículas contaminantes; se adhieren a éstas por medio de la polaridad manteniéndolas separadas y “pequeñas”, normalmente su alcalinidad también neutraliza los ácidos. Es importante destacar que los aditivos “detergentes” son dispersantes metálicos, mientras que los aditivos llamados solamente “dispersantes”, son del tipo no metálico. Como ejemplo de este tipo de sustancias se encuentran los copolímeros de metacrilato, acrilatos con grupos polares como: imina, imida, etc., alquilsuccinimidas, ésteres y poliésteres de alto peso molecular.

Aditivos antiespumantes La mayoría de las aplicaciones de lubricación incluyen agitación, el aceite opera en contacto con aire y a altas velocidades, lo que retiene aire en el lubricante y estimula la formación de espuma. Cuando la espuma es excesiva el régimen de lubricación y la efectividad de la misma se ven severamente comprometidos y el resultado es la oxidación y la posible cavitación con el tiempo. La atracción entre las moléculas del aceite lubricante permite que exista una fuerte tensión en la superficie del mismo; por tal tensión la superficie del aceite se comporta como una “membrana de hule” que no permite el escape del aire atrapado. La viscosidad del lubricante y la tensión de la superficie determinan la estabilidad de la espuma. Los aceites de baja viscosidad producen espumas con burbujas grandes que tienden a romperse rápidamente. Los aceites de alta viscosidad, por el contrario, generan espumas estables que contienen burbujas finas que son difíciles de romper. Los materiales activos de la superficie, como los agentes dispersantes y detergentes, aumentan aún más la tendencia a la espuma. Los aditivos antiespumantes facilitan el escape del aire atrapado por el lubricante, el aditivo antiespumante debilita la tensión superficial y debilita la estructura de las burbujas. Los compuestos más utilizados son las metilsiliconas (sólidos insolubles), silicones con hidrógeno, copolímeros orgánicos, siloxanos polimerizados, mezclas a base de acrilato, Organopolisiloxanos. El resultado son mejores características de lubricación.

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Depresores del punto de fluidez o punto de escurrimiento (PPD) El punto de escurrimiento del aceite es la temperatura más baja a la que se escurrirá cuando se enfríe en condiciones definidas. En general, el punto de escurrimiento indica la cantidad de cera en un aceite. A temperaturas bajas, la cera tiende a separarse, reteniendo una cantidad considerable de aceite, lo que inhibe el flujo del aceite y dificulta la lubricación. Esto debido a que los básicos de origen mineral contienen ceras residuales de los procesos de refinación. Aunque la mayor parte de la cera se elimina durante el refinamiento del aceite de base, es recomendable una cantidad de cera para lograr la viscosidad adecuada. La función de este tipo de aditivos es reducir el punto de fluidez (pour point) evitando que dejen de fluir a bajas temperaturas ó cuando la temperatura se reduce; permiten que los aceites minerales funcionen de manera eficiente a bajas temperaturas, mientras se mantienen los beneficios de viscosidad de la cera a temperaturas superiores. Estas sustancias absorben los cristales parafínicos que se forman a bajas temperaturas o retrasan la formación de los mismos con lo cual el punto de fluidez se verá sensiblemente reducido (por ejemplo de -10°C a -40°C). Entre los aditivos comúnmente utilizados para reducir el punto de fluidez de los lubricantes se encuentran las poliacriloaminas, naftalenos, fenoles, parafinas alquiladas, alquifenolparafínicos, mezclas de Polialquilmetacrilato (PMA) y Copolímeros de estireno maleico.

Aditivos acondicionadores de sellos Los aditivos acondicionadores de sellos ayudan a mantener la integridad de determinados materiales elastoméricos utilizados como sellos en algunos componentes, evitando el encogimiento, la fragilidad y el deterioro de los elastómeros durante el funcionamiento y contacto con el lubricante. Los sellos se utilizan dentro de los sistemas de lubricación para aislar los entornos de lubricación de elementos nocivos. Al proteger a los materiales de los sellos, los aditivos ayudan a mantener la presión hidráulica y contribuyen a minimizar la contaminación y la pérdida de lubricante. Entre los compuestos comúnmente utilizados se encuentran mezclas de Alquil sulfonato y Ésteres dibásicos.

75

Aditivos colorantes La función de este tipo de aditivos es conferir una tonalidad específica al aceite lubricante, principalmente para fines de identificación y/o seguridad; son inocuos al desempeño del lubricante. El color no tiene ninguna relación con el desempeño de un aceite lubricante. El mecanismo de acción de los aditivos colorantes es por absorción de determinadas ondas electromagnéticas y en algunos casos emitir olores complementarios.

EJEMPLO DE LA FORMULACION DE ACEITES LUBRICANTES PARA APLICACIONES DIFERENTES

TIPO DE ACEITE

ACEITE DE SISTEMAS DE CIRCULACION DE TURBINAS R&O

ACEITE PARA ENGRANAJES INDUSTRIALES EP

ACEITE HIDRAULICO AW

BASICO I

88%

73%

57%

BASICO II

11%

24%

42%

ADITIVOS AW

--

ADITIVOS R&O

0.8%

0.1%

0.35%

ADITIVO PPD

--

--

0.3%

ADITIVO EP

--

2%

--

ANTIESPUMANTE

0.01%

0.01%

--

0.5%

1% OTROS, FOSFORO 200-300 ppm AN 0.3-0.8

ZINC DE 300-600 ppm

OTROS ADITIVOS

0.35%

76

7.- INDICES DE DESEMPEÑO DE LUBRICANTES NUEVOS

77

7.- INDICES DE DESEMPEÑO DE LUBRICANTES NUEVOS Los aceites lubricantes son formulaciones complejas para un rango diverso de aplicaciones. Al momento de seleccionar un aceite lubricante se debe tener la certeza de contar con un producto que cumpla con los requerimientos para los cuales ha sido seleccionado y los más altos estándares de calidad certificados por organismos internacionales, fabricantes de equipo original y legislaciones en la materia de cada país. En la actualidad, existe una inmensa oferta de aceites lubricantes de proveedores de todas partes del mundo, aunque no todos cumplen con las características de desempeño para las que son requeridos. También se presentarán diferencias en el desempeño de lubricantes de diferentes proveedores seleccionados para la misma aplicación y condiciones de operación. Es importante conocer de manera clara los diferentes indicadores utilizados para evaluar el nivel de desempeño de un aceite lubricante. Es responsabilidad del personal encargado de adquirir el lubricante solicitar las hojas técnicas del producto y saber evaluar los resultados reportados en las mismas por los fabricantes de las opciones a considerar, para poder hacer una correcta selección basada en las verdaderas necesidades del equipo y condiciones de operación. Para seleccionar correctamente un aceite lubricante, debemos concentrarnos principalmente en las pruebas determinantes del desempeño del producto, entre las más importantes podemos mencionar:

4 bolas Índice de Viscosidad Pruebas de demulsibilidad Pruebas RPVOT Pruebas TOST Carga Timken Aprobaciones de fabricantes de equipo original (OEM) 78

VISCOSIDAD CINEMATICA (ASTM D-445) La viscosidad cinemática del aceite es la resistencia a fluir del mismo como resultado de la fuerza de gravedad. El método ASTM-D445 mide la viscosidad cinemática del aceite en cSt a 40°C y a 100°C, respectivamente. Se mide el tiempo (segundos) necesario para que un volumen determinado del lubricante fluya bajo la acción de la gravedad a través de un viscosímetro (capilar) calibrado; se multiplican los segundos por la constante del viscosímetro para obtener los centistokes. Observamos que la principal relación de la viscosidad de un aceite lubricante es que a mayor tiempo en fluir, mayor será la viscosidad del fluido de prueba. La viscosidad es expresada en unidades tales como: cSt, cP, SSU, o rango de Grados ISO VG (obviamente, un aceite de clasificación ISO establecida debe cumplir con la clasificación ISO correspondiente de rango de viscosidad. No es necesario que un proveedor diga, por ejemplo, mi aceite ISO 320 tiene 320 cSt a 40°C; se sobreentiende que así es). CONVERSION DE UNIDADES COMUNES DE VISCOSIDAD cP (viscosidad dinámica)

= cSt x densidad (gr/cm3)

SSU

= 4.55 x cSt

ISO

= cSt

PRUEBA DE INDICE DE VISCOSIDAD ASTM D 2270 Esta prueba determina qué tanto cambia la viscosidad de un aceite al variar la temperatura, es un número adimensional; en estos valores se prefieren aceites lubricantes con valor IV alto (>90); cuando el IV es “alto” (>90), la viscosidad varía al cambiar la temperatura; para el caso de un IV “bajo” (12

ENGRANES INDUSTRIALES

COMPARACION DE DATOS Es importante que al momento de comprar lubricantes ubiquemos ó solicitemos las tablas de datos de cada aceite a evaluar; siempre será un buen comienzo verificar que cumplan con la mayor cantidad de aprobaciones de fabricantes OEM´s actuales. En cada caso, debemos inclinarnos por el lubricante con el mayor número de resultados positivos del total de índices de desempeño reportados. De la misma forma, existirán otros índices reportados que para cada aplicación en partícular, pueden ser un factor extra para la sumatoria de resultados. “Es importante mantenerse informado y actualizarse. Las recomendaciones de OEM´s y los índices de desempeño cambian a medida que la tecnología avanza”.

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EJEMPLO DE INDICES DE DESEMPEÑO PARA ACEITES DE ENGRANAJES

EJEMPLO DE INDICES DE DESEMPEÑO PARA ACEITES HIDRAULICOS

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EJEMPLO DE APROBACIONES OEM PARA UN ACEITE DE TURBINAS

EJEMPLO DE INDICES DE DESEMPEÑO PARA ACEITES DE TURBINAS

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8.- REQUERIMIENTOS PARA LA LUBRICACIÓN DE SISTEMAS DE ENGRANAJES

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8.- REQUERIMIENTOS PARA LA LUBRICACIÓN DE SISTEMAS DE ENGRANAJES Los engranes están presentes por todas partes en la industria. Desde los engranes de alta velocidad que se encuentran en la maquinaria turbo, hasta las cajas de engranes de baja velocidad que se encuentran en una multitud de industrias de manufactura y de procesos, los engranes son el caballo de batalla en la industria. No obstante su amplia utilización, quizás los engranes sean los que menos reciben mantenimiento de entre todos los componentes lubricados. Según estudios aproximadamente el 50% de las fallas de sistemas de engranajes se deben a prácticas de lubricación incorrectas. Esto puede conllevar a una mala confiabilidad, aunado a costos exorbitantes en gastos de mantenimiento y reparación. Y el problema ha escalado aún más en la última década. Toda vez que hace muchos años los engranes estaban sobredimensionados y capaces de soportar años de uso y abuso, hoy en día las transmisiones con engranes son componentes de precisión. Los desarrollos de ingeniería en engranajes, indican que cada vez son más livianos, y el estrés en el lubricante se hace cada vez más fuerte, particularmente a altas temperaturas. En el futuro se espera un aumento en el uso de lubricantes especiales para engranajes, debido a las mejoras en materiales, mayores velocidades periféricas y las mejoras en la medición de cargas combinadas que exigen poner una mayor atención en la lubricación.

FORMAS DE LUBRICACION PRESENTES EN TRANSMISIONES A BASE DE ENGRANES Existen dos tipos de engranajes de transmisión: abiertos en servicio y cerrados. Viéndolos desde la perspectiva de la lubricación, los engranes pueden categorizarse en base a su diseño (geometría del engrane), velocidad y carga. Para engranajes de alta velocidad, las superficies son separadas por una película completa de aceite (lubricación hidrodinámica o elasto-hidrodinámica). Las transmisiones a base de engranes de baja velocidad y/o transmisiones de carga pesada tienden hacia la 90

lubricación limítrofe en donde la carga puntual pudiera resultar en una separación de las superficies entre los dientes del engrane que es igual o menor a la rugosidad media superficial de los engranes concordantes (lubricación límite).

(A)

(B)

Figura. Contacto de Rodamiento (A) y Contacto de Deslizamiento (B) entre dos superficies de fricción.

En la mayoría de los engranes, las fuerzas de fricción entre los dientes del engrane son generalmente una combinación de fricción del deslizamiento y de rodamiento. El grado de la fricción de deslizamiento contra la de rodamiento, aunado a la velocidad de rotación y la carga aplicada, tiene que ver con la manera como embonan las superficies reciprocantes y al final de cuentas con la efectividad del lubricante en la reducción del desgaste mecánico.

Fricción de rodamiento: La fricción por rodamiento está definida por dos superficies que se aproximan una a la otra en dirección perpendicular (Figura A). Estando bajo la condición de contacto de rodamiento, la separación entre las superficies en movimiento dependerá de la carga aplicada y la velocidad. A mayores velocidades, la mayor presión sobre el lubricante que está bajo carga causa un rápido aumento en la viscosidad del fluido. Con la suficiente presión, el lubricante puede sufrir un cambio de fase instantáneo de líquido a sólido, el cual, a su vez, pudiera resultar en una deformación elástica de las superficies maquinadas de embone; es un efecto de lubricación elasto-hidrodinámica (EHL, por sus siglas en inglés).

91

Para engranes de menor velocidad bajo fricción de rodamiento, la razón a la cual se aproximan las dos superficies es demasiado lenta para permitir formarse a la película de EHL. Bajo estas condiciones, ocurrirá la lubricación limítrofe, la cual necesita la utilización de presión extrema y aditivos antidesgaste para evitar la ocurrencia del desgaste.

Fricción de deslizamiento: La fricción de deslizamiento implica movimiento superficial en una dirección paralela (figura B). En engranajes de alta velocidad, la velocidad relativa a la carga típicamente es lo suficientemente elevada de manera que las superficies en movimiento están separadas por una película hidrodinámica completa de aceite; un efecto muy similar al del esquiador acuático experimentando una “elevación” una vez que la velocidad de la lancha que lo está arrastrando es lo suficientemente alta para la carga aplicada (el peso del esquiador y las dimensiones del esquí acuático). Para engranes más lentos, como los engranes de baja velocidad en un reductor de velocidad, la viscosidad del aceite necesario para la elevación hidrodinámica es demasiado alta comparado con la capacidad del aceite para fluir hacia la zona de carga. Esto da como resultado que no pueda mantenerse una película de aceite hidrodinámica y, nuevamente, se tienen las condiciones dominantes de lubricación limítrofe, cuando ocurre al mismo tiempo que un movimiento de deslizamiento, puede ocurrir un severo desgaste adhesivo, de rozadura o por arrastre y altas temperaturas localizadas. Deben utilizarse aditivos especiales de prevención del desgaste para proteger los dientes del engrane.

92

La Tabla siguiente nos presenta una panorámica general de los tipos más comunes de engranes y del tipo de película de lubricación presente bajo diferentes cargas y velocidad.

TABLA 1: REGÍMENES TÍPICOS DE LUBRICACIÓN EN ENGRANES TIPO DE ENGRANE

FUERZA DE FRICCIÓN DOMINANTE

BAJA VELOCIDAD (1000 RPM)

LÍNEA DE PASO

PUNTA/RAÍZ

LÍNEA DE PASO

PUNTA/RAÍZ

LIMÍTROFE

LIMÍTROFE

ELASTOHIDRODINÁMICO

HIDRODINÁMICO

LIMÍTROFE

LIMÍTROFE

ELASTOHIDRODINÁMICO

HIDRODINÁMICO

CRUZADO

LIMÍTROFE

LIMÍTROFE

ELASTOHIDRODINÁMICO

HIDRODINÁMICO

HELICOIDAL

LIMÍTROFE

LIMÍTROFE

LIMÍTROFE

LIMÍTROFE

HIPOIDE

LIMÍTROFE

LIMÍTROFE

ELASTOHIDRODINÁMICO

HIDRODINÁMICO

SIN FÍN

LIMÍTROFE

LIMÍTROFE

ELASTOHIDRODINÁMICO

HIDRODINÁMICO

RECTO BISEL RECTO

BISEL ESPIRAL

MAYOR RODAMIENTO

MAYOR DESLIZAMIENTO

ELASTOHIDRODINÁMICO/ HIDRODINÁMICO ELASTOHIDRODINÁMICO/ HIDRODINÁMICO

HIDRODINÁMICO

HIDRODINÁMICO

SELECCION DEL ACEITE LUBRICANTE CORRECTO PARA ENGRANES Es importante, por tanto, que los lubricantes utilizados para la lubricación de engranajes tengan las siguientes propiedades:  Viscosidad adecuada  Aditivos de presión extrema para soportar las altas cargas  Aditivos antifricción 93

 Estabilidad a la oxidación  Propiedades antiespumantes  Propiedad demulsificante  Anticorrosivo y antiherrumbre

El lubricante para engranajes es en consecuencia, fuertemente cargado por un tiempo, y luego aliviado, sufriendo alto estrés. Por tanto, la elección del lubricante es un factor sumamente importante para la confiabilidad en servicio y la vida de la máquina. Los criterios a utilizar para la selección lubricantes de engranajes han de considerar la velocidad lineal, la carga y la temperatura de operación y principalmente el manual del fabricante. Este es un recurso muy importante pues nos permite acceder a recomendaciones básicas tales como:  Especificaciones de lubricación  Relaciones de velocidad  Rango de R.P.M de operación (mínimo y máximo)  Potencia y factor de servicio  Recomendaciones de temperatura, humedad y limpieza.

El tipo de lubricante empleado dependerá del tipo de régimen de lubricación (hidrodinámico, elasto-hidrodinámico, limítrofe, etc.) y del tipo de juego de engranes. Para aplicaciones de alta velocidad donde existen condiciones de película completa, se utilizan los aceites simples inhibidores de corrosión y oxidación (R & O). Además de sus propiedades lubricantes, estos aceites también deben mostrar buena resistencia a la oxidación para contrarrestar los efectos del calor generado y una buena resistencia a la corrosión para contrarrestar los efectos de cualquier ingreso de humedad ambiental.

Para engranes de baja velocidad o de mayor carga en donde simplemente no es posible tener una separación completa con película, deben utilizarse los aceites para engranes con aditivos para presiones extremas. Existen varios tipos diferentes de aditivos EP, desde las películas químicas que reaccionan con y recubren las superficies 94

de los engranes hasta las suspensiones sólidas que mejoran la lubricidad bajo contactos de deslizamiento. No obstante, todos tienen la misma función básica: reducir el coeficiente de fricción bajo condiciones de lubricación limítrofe. En particular para engranes sin fin, suele recomendarse utilizar un aceite compuesto en lugar de un aceite con aditivos EP. Hay dos razones para esto. Primero, algunos aditivos EP químicamente activos pueden ser corrosivos a los metales amarillos (latón, bronce, etc.), comúnmente utilizados para la cremallera en transmisiones del tornillo sinfín o en jaulas de rodamientos. En segundo lugar, los aceites compuestos contienen agentes de lubricidad basados en materiales grasos que realizan un mejor trabajo en la reducción del coeficiente de fricción por deslizamiento, que es la fuerza de fricción dominante en la mayoría de las transmisiones del tornillo sinfín. No se recomienda la utilización de aditivos EP en engranes que contienen metales amarillos operando a temperaturas elevadas (60-65ºC y mayores).

Así como en cualquier otra aplicación de lubricantes, la viscosidad es la decisión más importante en la selección de un aceite para engranes. La viscosidad es elegida en base a la velocidad y tamaño de los engranes calculando la velocidad de la línea de paso y las temperaturas ambientes de operación. Aunque este es un buen punto de partida, también deben tomarse en cuenta otras variables, tales como la carga de choque o las condiciones de arranque en temperaturas ambiente frías, para poder tener una selección óptima del lubricante. La no concordancia de la viscosidad es uno de los errores más comunes en la lubricación de las cajas de engranes.

Rangos de viscosidad disponibles de lubricantes para engranes Los rangos de viscosidad AGMA se clasifican en el intervalo de 0-15R. Los aceites R&O se ubican dentro de la categoría de 0-13 (ISO 32 a ISO 1500). Los aceites EP se encuentran dentro de la categoría de 2EP a 13EP (ISO 68 a ISO 1500). Los aceites sintéticos caen en una categoría que es llamada 0S a13S (ISO 32 a ISO 1500). Los aceites compuestos tienen una categoría que es 7 a 8A (ISO 460 a ISO 1000). Los aceites para engranajes abiertos tienen una categoría de 14R a 15R.

95

En la siguiente tabla se enlistan los diferentes tipos y viscosidades de los lubricantes para sistemas de engranajes disponibles en la actualidad.

LUBRICANTES PARA ENGRANAJES ACEITE PARA ENGRANES R&O

RANGO DE VISCOSIDAD mm2/s (cSt) @ 40°C

GRADO ISO

NUMERO AGMA

0

28.8-35.2

ISO 32

AGMA 0

0S

1

41.4-50.6

ISO 46

AGMA 1

1S

2

61.2-74.8

ISO 68

AGMA 2

2 EP

2S

3

90-110

ISO 100

AGMA 3

3 EP

3S

4

135-165

ISO 150

AGMA 4

4 EP

4S

5

198-242

ISO 220

AGMA 5

5 EP

5S

6

288-352

ISO 320

AGMA 6

6 EP

6S

7,7 COMP

414-506

ISO 460

AGMA 7

7 EP

7S

8,8 COMP

612-748

ISO 680

AGMA 8

8 EP

8S

8ª COMP

900-1100

ISO 1000

AGMA 8 A

8A EP

9

1350-1650

ISO 1500

9 EP

9S

10

2880-3520

-

10 EP

10 S

11

4140-5060

-

11 EP

11 S

12

6120-7480

-

12 EP

12 S

13

190-220 cSt a 100°C

-

13 EP

13 S

ACEITE DE EXTREMA PRESION

ACEITE SINTETICO

RANGOS DE ACEITES VISCOSIDAD RESIDUALES cSt @ 100°C 14 R

428.5-857.0

15 R

857.0-1714.0

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De la tabla anterior:  Los lubricantes de extrema presión sólo deben ser recomendados por el fabricante del engranaje.  Los aceites sintéticos 9S a 13S están disponibles, su desempeño es claramente superior pero su uso todavía no está difundido.  Un aceite compuesto contiene de 3 a 10% de aceites grasos o aceites grasos sintéticos.  Las viscosidades del lubricante AGMA 12 y superiores son especificadas a 100°C (210°F) porque la medición de viscosidades de estos lubricantes pesados a 40°C (100°F no sería práctica)  Los aceites residuales tipo diluyentes, son aceites pesados que contienen diluyentes volátiles y no inflamables para facilitar su aplicación. El diluyente se evapora, dejando una película gruesa de lubricante en el diente del engranaje.

Al seleccionar aceite sintético para engranes, no es raro bajar un grado en la viscosidad ISO con relación a la recomendación del OEM puesto que la viscosidad efectiva de un aceite sintético para engranes a temperaturas elevadas de operación suele igualar a aquella del aceite mineral recomendado por el OEM debido al mayor índice de viscosidad de los aceites sintéticos.

Normalmente se adoptan las recomendaciones de los fabricantes (OEM) en la selección de la viscosidad de los lubricantes para engranes. Aunque esta es una excelente práctica, en muchas aplicaciones estas pautas deben considerarse apenas como un punto de partida y deben ajustarse ya sea hacia arriba o hacia abajo dependiendo de los años de servicio o un cambio considerable del ambiente de trabajo.

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CONVERSION DE VELOCIDADES EN R.P.M. DE ENGRANES A VELOCIDAD LINEAL (m/s)

1 metro/segundo (m/s) = 3.28084 pies/segundo (ft/s) = 3.6 kilómetros/hora (km/h) **Comúnmente el fabricante indica en la hoja técnica del producto la velocidad lineal para cada tipo de engranaje en específico**

Figura. Las líneas punteadas indican la circunferencia de paso ó primitiva.

98

Pautas generales para la selección de la viscosidad con base al tipo de engranes y las condiciones de operación: 1 *GRADOS DE VISCOSIDAD ISO RECOMENDADOS PARA ENGRANAJES SELLADOS EN BASE A LA VELOCIDAD DE LA LÍNEA DE PASO DE LOS ENGRANES DE MÁS BAJA VELOCIDAD Y LA TEMPERATURA DE OPERACIÓN VELOCIDAD DE LÍNEA DE PASO, m/s TEMPERATURA °C

1.02.5

10

32

15

46

32

20

68

46

32

25

68

46

32

30

100

68

46

32

35

100

100

68

46

32

40

150

100

68

46

45

220

150

100

50

320

220

55

460

60

2.5

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

32

32

32

68

46

46

32

32

150

100

46

46

46

32

220

150

100

68

68

68

46

460

320

220

150

68

68

68

46

65

680

460

320

220

150

100

100

68

70

1000

680

320

220

150

100

100

68

75

1500

680

460

320

220

150

150

100

80

2200

1000

680

460

220

220

220

150

85

3200

1500

1000

460

320

220

220

150

90

3200

2200

1000

680

460

320

320

220

95

3200

1500

1000

460

460

320

220

100

3200

2200

1000

680

460

460

320

99

2 *LINEAMIENTOS DE NUMERO DE LUBRICANTE PARA ENGRANAJES CERRADOS HELICOIDALES, CONICOS, CONICOS ESPIRALES Y RECTOS NUMEROS DE LUBRICANTE AGMA Y TEMPERATURAS AMBIENTE EN °C Y °F VELOCIDAD DE LINEA DE PASO DE ETAPA FINAL DE REDUCCION

-40 a -10 -40 a -14

-10 a -10 -14 a 50

10 a 35 50 a 95

35 a 55 95 a 131

MENOS DE 5m/s (1000 ft/min)

3S

4

6

8

5-15 m/s (3000-5000 ft/min)

3S

3

5

7

MAS DE 25m/s (5000 ft/min)

2S 0S

2 0

4 2

6 3

 Pueden ser necesarias consideraciones especiales a velocidades por encima de 40 m/s (8000 ft/min). Consulte al fabricante del engranaje por recomendaciones específicas.  La velocidad de línea de paso reemplaza a la distancia al centro como el parámetro de selección del lubricante.  Los números de lubricante AGMA se refieren a aceites para engranajes R&O y aceites sintéticos.

3 *LINEAMIENTOS DE NUMERO DE LUBRICANTE PARA REDUCTORES SIN FIN CILINDRICOS ENCERRADOS NUMEROS DE LUBRICANTE AGMA Y TEMPERATURAS AMBIENTE EN °C Y °F VELOCIDAD DE LINEA DE PASO DE ETAPA FINAL DE REDUCCION

-40 a -10 -40 a -14

-10 a -10 -14 a 50

10 a 35 50 a 95

35 a 55 95 a 131

< 2.5 m/s (450 ft/min)

5S

7 COMP

8 COMP

8S

> 2.5 m/s (450 ft/min)

5S

7 COMP

7 COMP

7S

100

 Los números de lubricante AGMA se refieren a aceites para engranajes R&O y aceites sintéticos para engranajes. Otros aceites deben ser usados sólo con la aprobación del fabricante del engranaje.  En aplicaciones de reductores sinfín que involucren temperaturas por fuera de los límites mostrados, o velocidades en exceso de 2400 r.p.m. o 10 m/s (2000 ft/min) de velocidad de deslizamiento, debe consultarse al fabricante. En general, se requiere de un sistema presurizado junto con ajustes de los grados de viscosidad recomendados para velocidades mayores.

4* LINEAMIENTOS DE NUMERO DE LUBRICANTE AGMA PARA ENGRANAJES ABIERTOS CON APLICACIONES INTERMITENTES DONDE LA VELOCIDAD DE PASO NO EXCEDE LOS 7.5 m/s (1500 pies/min) ROCIADO INTERMITENTE TEMP. AMBIENTE EN °C Y (°F)

ACEITES R&O ó EP

10 a 15 (15 a 60)

11 ó 11 EP

11 S

5 a 40 (40 a 100)

12 ó 12 EP

20 50 (70 a 125)

13 ó 13 EP

ALIMENTACION POR GRAVEDAD O METODO DE GOTEO FORZADO

ACEITES COMPUESTO SINTETICOS RESIDUAL

ACEITES R&O ó EP

ACEITES SINTETICOS

14 R

11 ó 11 EP

11 S

12 S

14 R

12 ó 12 EP

12 S

13 S

15 R

13 ó 13 EP

13 S

 Los números de lubricante AGMA se refieren a los R&O y sintéticos para engranajes.  No aplica a reductores sinfín. 101

5 **NUMERO DE LUBRICANTE AGMA PARA ENGRANAJES ABIERTOS CON METODO DE APLICACIÓN CONTINUA VELOCIDADES DE LINEA DE PASO TEMP. AMBIENTE EN °C Y (°F)

-10 a 15 (15 a 60)

10 a 50 (50 a 125)

CARACTER DE LA OPERACION

LUBRICACION A PRESION

LUBRICACION POR SALPIQUE 5-10 m/s 25 ppm  Observar que el desgaste de hierro de engranes no sea >150 ppm  No permitir que el contenido de agua sea >0.05% (500 ppm)

Aunque la selección del lubricante es un primer paso para asegurar la confiabilidad en las cajas de engranes, igual de importante es cómo se le da mantenimiento a la caja de engranes a lo largo de su vida. La medida en la cual se controla el agua, la humedad y otros contaminantes, así como la introducción de prácticas de mantenimiento de precisión, tales como las inspecciones básicas y análisis de aceite, tienen un marcado impacto en la longevidad y el desempeño de las cajas de engranes en servicio. 103

9.- REQUERIMIENTOS PARA LA LUBRICACION DE SISTEMAS HIDRAULICOS

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9.- REQUERIMIENTOS PARA LA LUBRICACION DE SISTEMAS HIDRAULICOS La evolución que se va produciendo en los sistemas hidráulicos ha llevado consigo que las condiciones de servicio de los fluidos hidráulicos sean cada vez más severas y es de esperar que esta tendencia siga en el futuro. Por lo tanto, las exigencias demandadas a los fluidos hidráulicos actuales son muy superiores a las del pasado y la elección del tipo adecuado resulta cada vez más crítica y de vital importancia para obtener el rendimiento deseado. Asimismo, la aplicación de los sistemas hidráulicos ha ido en constante aumento y se ha extendido también a industrias donde existe riesgo de incendio por la proximidad de fuentes de calor al circuito hidráulico. Esto originó la aparición de los llamados fluidos hidráulicos resistentes al fuego o de seguridad. El incremento de las normas y medidas de seguridad en el trabajo han favorecido la demanda de este tipo de productos. Es importante señalar que un sistema hidráulico tiene como objetivo transmitir fuerzas aplicadas a fluidos para realizar un trabajo determinado; consta principalmente de un fluido de trabajo, un depósito o cárter, una bomba, válvulas de presión, válvulas para direccionar el fluido y un elemento de operación que realizará el trabajo deseado.

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Las bombas son el componente vital de los sistemas hidráulicos; normalmente son de desplazamiento positivo debido a su mayor eficiencia para trabajar con fluidos muy viscosos. La bomba es el componente que determinará la viscosidad óptima del fluido para que la transmisión de potencia se realice de forma eficaz y por otra, al producirse en su interior las mayores presiones locales, es donde resultan más necesarias las propiedades lubricantes.

Existen tres tipos diferentes de bombas utilizadas normalmente en sistemas de potencia hidráulica:

engranajes,

paletas

y

pistones.

En la mayoría de las bombas de pistones, el fluido opera en régimen hidrodinámico, por lo que su capacidad lubricante depende exclusivamente de la viscosidad. Además, los contactos metálicos presentes comúnmente son acero-bronce y en consecuencia, deberá poseer una buena compatibilidad con los metales, tanto férreos como noférreos. Contrariamente, en las bombas de paletas y engranajes se opera en régimen de lubricación mixta y en casi todas ellas los contactos son acero-acero, a excepción de ciertas bombas de engranajes que contienen elementos de bronce. Por esta razón, para estos dos tipos de bombas se requiere que el fluido posea unas buenas propiedades antidesgaste (AW), sobre todo cuando trabajan a su máximo rendimiento.

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En la siguiente tabla se muestra un comparativo de los diferentes requerimientos de dichos equipos dinámicos.

COMPARATIVO DE REQUERIMIENTOS DE BOMBAS DE SISTEMAS HIDRAULICOS PRESIONES TIPICAS DE OPERACIÓN

REQUERIMIENTOS DEL FLUIDO LUBRICANTE

ENGRANES (Engranes exterioresEngranes interiores)

Hasta 4000 psi

Por las tolerancias mínimas es importante que el fluido tenga aditivos antidesgaste (AW) tendencia a agitar a los fluidos (propiedades antiespumantes) temperatura de operación elevada

PALETAS (Bombas de tipo centrífugo)

Hasta 3000 psi

Este tipo de bomba es la más expuesta al desgaste. Es de suma importancia que el aceite cuente con aditivos antidesgaste (AW)

Hasta 10000 psi y mayores

No se requieren necesariamente aditivos AW la estabilidad hidrolítica del aceite es muy importante El aceite requiere tener excelentes características de estabilidad térmica y a la oxidación

TIPO DE BOMBA

PISTONES (Radiales y axiales)

TIPOS DE BOMBAS DE SISTEMAS HIDRAULICOS

Figura 1. Bombas de engranes 107

Figura 2. Bombas de paletas

Figura 3. Bombas de pistones axiales

PROPIEDADES REQUERIDAS PARA FLUIDOS LUBRICANTES DE SISTEMAS HIDRAULICOS Las propiedades que debe presentar un fluido hidráulico son:  Viscosidad adecuada  Baja compresibilidad  Buen comportamiento viscosidad/temperatura: IV elevado  Buenas propiedades lubricantes, que frecuentemente deben ser potenciadas con propiedades antidesgaste  Buena estabilidad térmica 108

 Buena estabilidad química (resistencia a la oxidación y a la hidrólisis)  Buena estabilidad al cizallamiento mecánico  Bajo punto de congelación  Buenas propiedades anticorrosivas y antiherrumbre  Buen comportamiento con juntas y retenes  Buenas propiedades desemulsionantes  Buenas propiedades antiespumantes  Buena filtrabilidad (en algunos casos es fundamental)

Si bien de forma general un fluido hidráulico debe presentar todas estas propiedades, según sea el diseño del equipo, en donde el tipo de bomba presente es un factor primordial, la aplicación y sobre todo las condiciones de servicio, unas propiedades cobrarán mayor importancia que otras. El incremento de las prestaciones exigidas a los fluidos

hidráulicos

ha

implicado

que

su

tecnología

se

haya

desarrollado

fundamentalmente para mejorar las propiedades siguientes:  Estabilidad térmica  Estabilidad química: oxidación e hidrólisis  Características antidesgaste y EP  Filtrabilidad  Compatibilidad multi-metal: metales férreos y no férreos.

Estabilidad térmica y química La oxidación de un fluido hidráulico se produce por la reacción de sus moléculas con el oxigeno del aire y se favorece con el aumento de la temperatura. Hasta los 60 °C, el proceso es lento, pero a temperaturas superiores la velocidad de reacción se acelera considerablemente. Es el factor principal que limita su duración en servicio y origina los siguientes efectos nocivos:  Aumento de la viscosidad  Formación de compuestos ácidos corrosivos  Formación de compuestos insolubles: lodos, lacas o barnices. 109

Características antidesgaste y EP En los componentes con zonas de mayor carga como los vistos en las bombas, donde simplemente no es posible tener una separación completa con película lubricante, los aditivos antidesgaste son fundamentales para la protección de las superficies aún a presiones extremas. Existen varios tipos diferentes de aditivos EP, desde las películas químicas que reaccionan con la temperatura y recubren las superficies hasta las suspensiones sólidas que mejoran la lubricidad bajo contactos de deslizamiento.

FiItrabilidad Actualmente la filtración tiene una enorme importancia para el buen funcionamiento de un sistema hidráulico, especialmente en aquellos circuitos con controles electrónicos, como las modernas máquinas-herramientas y equipos de carga. Por ello, en estos casos

se

precisa

que

el

fluido

hidráulico

posea

una

buena

filtrabilidad.

En todo sistema hidráulico el fluido debe ser compatible con los filtros instalados y no ha de producir alta restricción de los mismos. De hecho, la filtrabilidad es una propiedad intrínseca del fluido y está ligada a su composición (bases más aditivos) y a su homogeneidad (estabilidad y solubilidad de los aditivos).

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CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS HIDRAULICOS Los fluidos hidráulicos se clasifican en función del nivel de calidad: La clasificación más adoptada actualmente es la dada por la norma internacional ISO 6743/4, que define 17 categorías de fluidos hidráulicos (Familia H) según su naturaleza, propiedades y aplicaciones (Tabla siguiente). Símbolo H: hidráulico Símbolo HF: hidráulico Fuego. CLASIFICACION DE FLUIDOS HIDRAULICOS SEGÚN ISO 6743/4 SIMBOLO

CARACTERISTICA

HH

ACEITE MINERAL REFINADO POR SOLVENTE, NO INHIBIDO

HL

ACEITE MINERAL REFINADO, INHIBIDO CONTRA HERRUMBRE Y OXIDACION

HM

TIPO HL CON PROPIEDADES ANTIDESGASTE

HR

TIPO HL CON MEJORADOR DEL INDICE DE VISCOSIDAD Y TEMPERATURA

HV

TIPO HM CON MEJORADOR DEL INDICE DE VISCOSIDAD

HG

TIPO HM CON PROPIEDADES

HS HFAE HFAS HFB HFC HFDR HFDS HFDT HFDU

FLUIDOS SINTETICOS CON PROPIEDADES ANTI-FLAMA NO ESPECIFICAS ACEITES RESISTENTES AL FUEGO DE EMULSIONES ACEITE EN AGUA CON UN MAXIMO DE 20% EN PESO DE MATERIALES COMBUSTIBLES SOLUCIONES RESISTENTES AL FUEGO DE UN QUIMICO EN AGUA CONTENIENDO UN MINIMO DE 80% DE PESO EN AGUA EMULSIONES RESISTENTES AL FUEGO DE AGUA EN ACEITE SOLUCIONES RESISTENTES AL FUEGO DE AGUA-POLIMERO CONTENIENDO UN MINIMO DE 35% DE PESO EN AGUA FLUIDOS SINTETICOS RESISTENTES AL FUEGO CON BASICO DE ESTERES FOSFATADOS FLUIDOS SINTETICOS RESISTENTES AL FUEGO CON BASICO DE HIDROCARBUROS CLORINADOS FLUIDOS SINTETICOS RESISTENTES AL FUEGO CONSISTENTES EN MEZCLAS DE HFDR Y HFDS FLUIDOS SINTETICOS RESISTENTES AL FUEGO DE OTROS TIPOS 111

TIPOS DE LUBRICANTES PARA SISTEMAS HIDRAULICOS Atendiendo a su naturaleza, los fluidos hidráulicos empleados actualmente en la industria se pueden dividir en los siguientes grupos:

ACEITES HIDRÁULICOS MINERALES Con este nombre, o simplemente con el de aceites hidráulicos, se conocen todos los fluidos hidráulicos de base aceite mineral. Constituyen el grupo más empleado, representando aproximadamente el 90 % del consumo total de fluidos hidráulicos en la industria, debido a que satisfacen las exigencias de la mayoría de aplicaciones con una favorable relación desempeño/precio. Su principal limitación para el servicio es que poseen una mala resistencia al fuego, por lo cual resultan inadecuados en todos aquellos casos donde puede existir riesgo de incendio y, consecuentemente, predomina el factor seguridad. Los grados de viscosidad más representativos son: ISO VG 10, 15, 22, 32, 46, 68, 100 y 150. La norma 1SO 6743/4, define para los sistemas hidrostáticos 6 categorías de aceites hidráulicos minerales en función de sus propiedades específicas: Sistemas hidráulicos: HH, RL, HM, HP y HV De acuerdo con la aditivación incorporada en su formulación, los aceites hidráulicos minerales actuales se pueden clasificar en los tres grandes grupos siguientes:

Aceites R & O: Contienen

aditivos

inhibidores

de

oxidación

y

corrosión,

antiherrumbres

y

antiespumantes. También pueden incorporar mejoradores de IV, depresores del punto de congelación y desemulsionantes. Son compatibles con los metales férreos y no férreos, por lo que resultan especialmente indicados para todos los sistemas hidráulicos que equipan bombas de pistones, donde es frecuente la presencia de contactos acerobronce y se opera en régimen hidrodinámico. La aditivación es del tipo “sin cenizas”.

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Aceites antidesgaste “convencionales” (AW): Contienen aditivos antidesgaste, además de los citados para los tipos R&O. Proporcionan una excelente protección contra el desgaste en los contactos acero-acero cuando se trabaja en régimen de lubricación mixta y, por lo tanto, resultan especialmente indicados en los circuitos con bombas de paletas y/o engranajes. Sin embargo, debido a que poseen una estabilidad térmica limitada, no son adecuados para las bombas de pistones operando a pleno rendimiento, ya que pueden atacar los elementos de bronce presentes en dichas bombas, sobre todo si se llegan a alcanzar temperaturas elevadas. Aceites hidráulicos antidesgaste “Universales” (UAW): Con el aumento de las exigencias de los servicios, se adoptaron los aditivos ditiofosfatos de zinc (Zn DTP). Este aditivo es el que se ha empleado universalmente hasta nuestros días. Los últimos avances producidos en los equipos hidráulicos, con una incorporación cada vez mayor de bombas de alto rendimiento y el diseño de sistemas donde es posible encontrar una combinación de bombas de engranajes, paletas y pistones en el mismo circuito, operando todas ellas a la máxima potencia, ha hecho necesario el desarrollo de aceites hidráulicos aptos para todos los tipos de bombas en condiciones de servicio severo. A estos aceites se les suele denominar aceites antidesgaste ‘universales” (UAW) y representan el nivel de calidad más alto existente hoy en día para los aceites hidráulicos minerales.

FLUIDOS RESISTENTES AL FUEGO Como su nombre indica, a este grupo pertenecen todos los fluidos que tienen propiedades de resistencia al fuego y son aptos para el uso en sistemas hidráulicos. El término “resistente al fuego” puede producir confusiones. A menudo se ha interpretado equivocadamente como “ininflamable” y mucha gente se sorprende al observar que los fluidos resistentes al fuego pueden arder en ciertas condiciones. La definición más aceptada es: “la resistencia de un fluido a inflamarse, su rechazo a propagar la llama cuando está presente algún foco de ignición y su facilidad para apagarse cuando dicho 113

foco se aleja”. Estos fluidos se emplean por motivos de seguridad en aquellos casos donde hay un manifiesto peligro de incendio o explosión y, por ello, también se denominan fluidos de seguridad. La resistencia al fuego puede ser debida a la presencia de agua, en forma de emulsión o de solución química, o bien a la naturaleza química de sus moléculas. Por consiguiente se pueden distinguir los siguientes:

Fluidos acuosos (clases HE, HFA): Emulsiones de agua en aceite o emulsiones invertidas (Clase HES): la cantidad de aceite varía entre el 50 y el 60%. Soluciones de polímeros en agua (Clase HFC): en general estos polímeros son mezclas de glicol y poliglicoles. La cantidad en agua varía entre aproximadamente el 40 y el 50%. Corrientemente se conocen con el nombre de fluidos agua-glicol. Emulsiones de aceite en agua (Clase HFAE) y soluciones químicas acuosas (Clase HFAS): normalmente contienen un 95% de agua y un 5% de aceite (HFAE) o aditivos (HFAS). A estos fluidos también se les conoce con el nombre de HWBF (“High Water Base Fluid”)

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FLUIDOS SINTÉTICOS A este grupo pertenecen todos los fluidos hidráulicos de origen sintético que no poseen propiedades de resistencia al fuego. Se obtienen por síntesis química y están totalmente

libres

de

aceite

mineral.

Se emplean en aplicaciones donde un aceite hidráulico mineral no puede dar un resultado satisfactorio (por ejemplo, temperaturas muy altas o muy bajas).

Fluidos anhidros (exentos de agua) (Clase HFD): A este grupo pertenecen los siguientes fluidos sintéticos: Esteres fosfóricos, principalmente alquil o arilfostatos (Clase HFDR). Hidrocarburos dorados, particularmente los difenilclorados (Clase HFDS). Mezcla de los dos tipos anteriores (Clase HFDT). Esteres de polialcohol (Clase HFDU) Mezcla de éster fosfórico/aceite mineral (Clase HFDU) Mezcla de éster fosfórico/éster carboxílico (Clase HFDU) Silicatos ésteres (Clase HFDU) Fluidos de silicona (Clase HFDU) Fluoroésteres (Clase HFDU) Hidrocarburos fluorados (Clase HFDU) Los fluidos más empleados actualmente en la industria son las clases HFA, HFB, HFC, HFDR y entre los de la clase HFDU, sobre todo los ésteres de polialcohol. Sus principales áreas de aplicación son: HFA y HFB en minería, HFC en fundición y los citados HFD en la industria siderúrgica.

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PARAMETROS A CONSIDERAR PARA LA SELECCIÓN DE UN LUBRICANTE DE SISTEMAS HIDRAULICOS Una referencia típica para la correcta selección ó para confirmar que el fluido hidráulico utilizado se encuentra dentro de los parámetros recomendados por las normas internacionales y los comúnmente indicados por los OEM´s se muestra en la siguiente tabla; sin embargo, la decisión más importante es la que se basa en el conocimiento de las condiciones operativas a través del tiempo y las indicaciones del manual del fabricante. Si se utiliza una viscosidad menor a la recomendada, se pueden presentar fugas constantes y pérdidas de presión, si la viscosidad utilizada es mayor a la requerida, se incrementará la temperatura de manera considerable por la mayor fricción interna con el consecuente derroche de energía.

RECOMENDACIONES TIPICAS DE VISCOSIDAD

TIPO DE BOMBA

TEMPERATURAS DE OPERACIÓN

PRESIONES DE TRABAJO

GRADO ISO RECOMENDADO

BOMBAS DE ENGRANES

70°C

500 PSI

46-48

BOMBAS DE PALETAS

70°C

1000 PSI

46

BOMBAS DE PISTON

70°C

4000 PSI

68

LAS VISCOSIDADES MAS COMUNES SON: ISO VG 32, 46, 68

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10.- REQUERIMIENTOS PARA LA LUBRICACION DE RODAMIENTOS

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10.- REQUERIMIENTOS PARA LA LUBRICACION DE RODAMIENTOS Los rodamientos son elementos mecánicos que trabajan en aplicaciones con un amplio rango de velocidades, temperaturas, cargas, dimensiones y ambientes; existen varios tipos de diseños de rodamientos

que corresponden de manera efectiva a los

requerimientos específicos de cada necesidad. Debido a esta gran variedad de condiciones, generalmente sus requerimientos de lubricación son establecidos y señalados claramente por el fabricante OEM del equipo dinámico en cuestión en base a pruebas y análisis operativos en campo; ya sea que trabajen en una bomba que opera con fluido criogénico y a gran velocidad, una turbina de mediana potencia y a mas de 200°C o un compresor operando a baja velocidad pero con altas cargas y presiones, el aceite lubricante debe permitir que se lleve a cabo la lubricación de una manera eficiente, por tanto, es fundamental que se tenga la certeza de estar operando con la viscosidad correcta para cada tipo de condiciones, en particular. Las dimensiones del rodamiento y la temperatura de operación son factores muy importantes a tomar en cuenta para determinar correctamente la viscosidad operativa. Como hemos mencionado, el OEM nos proporcionará los requerimientos de lubricación a utilizar, pero se ha visto que durante el ciclo de vida útil de un equipo las condiciones de temperatura en las que trabaja un rodamiento pueden llegar a cambiar considerablemente, por tanto, es importante tener conocimientos que nos permitan modificar la viscosidad del lubricante, si fuere necesario. Es importante señalar que los rodamientos radiales de rodillos a rótula, los de rodillos cónicos y los axiales de rodillos a rótula normalmente tienen una temperatura de funcionamiento más alta que los rodamientos rígidos de bolas y los de rodillos cilíndricos, en condiciones similares de trabajo.

El aceite lubricante de un rodamiento sirve para:  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  Formar una película lubricante capaz de absorber carga 118

 Evacuar el calor  Amortiguar el ruido de funcionamiento  Proteger contra la corrosión

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

COMPORTAMIENTO DEL LUBRICANTE La duración de vida alcanzable para el rodamiento y la seguridad contra el desgaste son tanto más elevadas cuanto mejor estén separadas las superficies de contacto por una película lubricante.

1.- Zona de entrada 2.- Evolución de la presión según la teoría de la película EHD 3.- Zona de salida 4.- Lubricante h mín.- Película lubricante en las zonas de contacto h.- Viscosidad de referencia para aceites minerales

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SELECCION DE LA VISCOSIDAD Figura 1: El valor orientativo para la viscosidad de referencia ν1 (ordenadas) depende del diámetro medio del rodamiento dm (abscisas) y de la velocidad de rotación n (diagonal). Dicho valor tiene en cuenta los conocimientos sobre la formación de la película lubricante y las experiencias prácticas sobre lubricantes minerales. Dependiendo de la velocidad de funcionamiento, el aceite lubricante a la temperatura de servicio debe tener, como mínimo, la viscosidad de referencia ν1. Figura 2: La viscosidad @40 °C en grados ISO asigna una de las viscosidades nominales ISO-VG entre 10 y 1 500; se obtiene en la intersección entre el valor de la viscosidad de servicio ν1 (abscisas) y la temperatura de servicio que tendrá el rodamiento durante la operación del mismo (ordenadas). *Redondear los valores intermedios hasta el valor ISO-VG más próximo, superior o inferior (debido a los escalonamientos de los valores). *Este procedimiento no debe ser empleado para aceites lubricantes sintéticos, debido al diferente comportamiento V-P (viscosidad-presión) y V-T (viscosidad-temperatura)*

Figura 1

Figura 2 120

REQUERIMIENTOS PARA LA SELECCION DE LA VISCOSIDAD OPERATIVA Figura 1 ν1 = viscosidad relativa dm = diámetro medio del rodamiento dm =

(mm)

D= diámetro exterior del rodamiento d= diámetro interior del rodamiento n = velocidad de giro (r.p.m.)

Figura 2 ν = viscosidad de servicio *(= viscosidad relativa ν1) t = temperatura de servicio ν40 = viscosidad 40 °C en grados ISO del aceite seleccionado

Tipo adecuado de lubricante. Para poder establecer dicho requerimiento utilizamos el factor “kappa” (Κ), definido por la relación entre la viscosidad del aceite a la temperatura de operación del rodamiento dividido por la viscosidad de aceite requerida por el rodamiento (calculadas con anterioridad). La relación de viscosidades κ sirve para la formación de la película de lubricante:

Si la relación de viscosidad k= v/v1 es menor que 1, se recomienda un aceite que contenga aditivos de extrema presión EP. Cuando el equipo es operado en un régimen que se acerca al de la lubricación a película gruesa (fluida), k>1, estos aditivos de extrema presión, deben ser eliminados del lubricante, ya que no van a tener ningún efecto sobre la vida del rodamiento. Para estas condiciones, se deben procurar los aditivos antidesgaste; los aditivos EP pueden aumentar la fiabilidad operativa sólo en el caso de los rodamientos de rodillos de tamaño mediano y grande. Según estudios de fabricantes de lubricantes, si el factor es k=4 existe una lubricación total, la vida del rodamiento alcanza el máximo (si todo lo demás se mantiene igual) mientras que valores de k por encima de 4 pueden causar efectos indeseables; la utilización de aceites muy viscosos (valores mayores a 4) puede llevar a que el 121

rodamiento no ruede, sino que se deslice y además en seco, por no poder penetrar el aceite. Los aceites muy viscosos tienen mayor fricción interna por lo se dificulta su fluidez, lo que a la larga genera mayor calor, fricción y consumo de energía, determinado por un pobre o incorrecto flujo de aceite hacia el mecanismo. Para velocidades muy bajas o muy altas, para condiciones críticas de carga o condiciones inusuales de lubricación, se debe consultar con el fabricante del rodamiento para más información.

PROPIEDADES A CONSIDERAR DURANTE LA SELECCIÓN DE UN ACEITE LUBRICANTE PARA RODAMIENTOS. Compatibilidad: Antes de utilizar un aceite lubricante, debe verificarse su comportamiento frente a plásticos, materiales obturadores (elastómeros), metales ligeros y aleaciones no férricas con las que va a interactuar el rodamiento. Los ensayos deben efectuarse siempre bajo condiciones dinámicas y a la temperatura de funcionamiento. Por norma, verificar la compatibilidad de los aceites sintéticos y al mismo tiempo, consultar con el fabricante del lubricante.

Miscibilidad: Si es posible, la mezcla de aceites diferentes debe ser evitada. Especialmente, los aditivos diferentes pueden conducir a interacciones no deseadas. Normalmente, se pueden mezclar aceites lubricantes a base de aceites minerales y con idéntica clasificación, por ejemplo, industriales ISO. Sus viscosidades deben diferenciarse en, como máximo, una clase ISO-VG. En principio, los aceites sintéticos deben ser verificados en cuanto a su miscibilidad y Al mismo tiempo, se debe consultar con el fabricante de los mismos.

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Desempeño: Para la lubricación de los rodamientos se usan normalmente aceites minerales. Un buen aceite para rodamientos debe ser de alta pureza (como mínimo aceites básicos del grupo API II), alto índice de viscosidad (no menor a 95) y características antioxidantes y antiherrumbrantes. Para temperaturas extremas (muy altas ó muy bajas) se recomiendan aceites sintéticos.

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11.- REQUERIMIENTOS PARA LA LUBRICACION DE SISTEMAS DE TURBOMAQUINARIAS

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11.- REQUERIMIENTOS PARA LA LUBRICACION DE SISTEMAS DE TURBOMAQUINARIAS En la mayoría de las industrias, las turbinas son los equipos motrices de mayor capacidad e importancia para llevar a cabo el proceso productivo. La mayor parte de la energía generada en el mundo se produce con turbinas de vapor. De hecho, más del 70% de la energía eléctrica generada en el mundo se produce diariamente con turbinas de vapor. Por sus características, son utilizadas en los procesos para mover los equipos principales. Sus ventajas radican en la amplia gama de potencias disponibles (hasta 100 MW y mayores) y su velocidad ajustable capaz de adaptarse a las condiciones del proceso (cambios en la demanda de carga, presión y caudal en los generadores, bombas y compresores a los que comúnmente van acopladas). Cualquier problema que requiera parar la turbina va a ser la causa de pérdidas no planeadas de producción y de ingresos.

De acuerdo a un estudio realizado por el fabricante General Electric (GE) en 1991, las turbinas contribuyen con un 20% de todos los paros no programados en una planta generadora convencional. Dentro de este 20%, GE encontró que el 19% de estos problemas con la turbina y/o generador se debían al sistema de lubricación. Los aceites usados en turbinas se espera que duren más de 5 años. Para las turbinas de vapor (con temperaturas en cojinetes inferiores a los 70°C) se espera que el lubricante tenga un promedio de vida entre 10 y 15 años. Para las turbinas de gas (con temperaturas en las zonas de cojinetes que pueden llegar a 120°C), se espera que un aceite de origen mineral tenga un promedio de duración cercano a los 2 años, en el caso de un lubricante de origen sintético, la duración esperada es de 5 años como mínimo. Por esta razón, se requieren lubricantes de gran calidad así como el control de contaminantes comunes como agua y partículas sólidas. Esto no solo para aceites en servicio, sino también para aceites nuevos, que deberán cumplir con una serie de rigurosas especificaciones de funcionamiento aun antes de su selección y uso. Los sistemas de lubricación de las turbinas generalmente son del tipo de circulación de aceite, se constituyen principalmente por un circuito que consta de un depósito de 125

lubricante, una bomba principal, intercambiadores de calor para enfriamiento del aceite y elementos filtrantes. Los depósitos del lubricante generalmente son de gran capacidad (entre 3000 y 80000 litros de aceite), por lo que realizar el cambio del mismo resulta un procedimiento laborioso, muy costoso y con un impacto ambiental considerable. El rotor de una turbina puede ser un elemento de más de 100 toneladas de acero apoyado en dos cojinetes girando a velocidades mayores a 3000 r.p.m.; por tanto se debe cuidar que el tipo de lubricación sea por película hidrodinámica siempre que sea posible.

REQUERIMIENTOS DE LUBRICANTES PARA TURBINAS DE VAPOR Y GAS Las funciones que debe cumplir un lubricante son las siguientes:

Lubricar los cojinetes del conjunto turbina-equipo inducido (llámese generador, bomba, compresor, etc.) y reductor de velocidad si lo hay. Enfriar los componentes Lubricar a los elementos de control (gobernador de velocidad, mecanismos de regulación, protección, etc.) No formar herrumbre, corrosión, lodos, barnices.

El aceite debe ser del tipo R&O (Aceites para sistemas con condiciones de humedad elevada), estos lubricantes son libres de zinc, diseñados para demulsificar el agua, resistir herrumbre y oxidación. Como se mencionó, la lubricación en las turbinas es por acción hidrodinámica (oscilando entre 10 y 20 micras de espesor). Estos lubricantes deben tener las siguientes propiedades:

Viscosidad adecuada Índice de viscosidad elevado Alta estabilidad térmica Prevenir la corrosión 126

Aditivos antiherrumbre Aditivos demulsificantes Aditivos con alta resistencia a la oxidación Aditivos antiespumantes Alta estabilidad hidrolítica

Debido a estos requerimientos el aceite básico utilizado para la formulación de un lubricante de turbinas debe ser altamente refinado (mínimo básicos del grupo II ó superiores).

Viscosidad. La viscosidad es la característica más importante de un aceite de turbina ya que el grosor de la película de aceite bajo condiciones de lubricación hidrodinámica va a depender en forma crítica de la viscosidad del aceite. Los lubricantes utilizados comúnmente en turbinas son aceites con grados de viscosidad ISO VG 32, 46 y 68 aunque en algunos casos se pueden llegar a recomendar aceites ISO 100. La separación de los álabes de las turbinas es crítica en cuanto a la eficiencia y la confiabilidad de la planta. Estas separaciones están directamente impactadas por la viscosidad del lubricante. Cambios en la viscosidad pueden resultar en un posicionamiento indeseado del rotor, tanto axial como radialmente.

Indice de viscosidad. El Índice de Viscosidad (VI) mide el cambio de la viscosidad con respecto a la temperatura. Por lo general se requiere un mínimo de 90 según los OEM. El VI no debe variar durante el servicio, ya que los aceites de turbina por lo general no llevan mejoradores de viscosidad y no es común que se realicen pruebas en forma rutinaria. Es necesario tener en cuenta que el índice de viscosidad no es un parámetro de la calidad del aceite pero es un requisito muy importante para asegurar un comportamiento correcto del sistema.

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Demulsibilidad ASTM D1401. Para turbinas de vapor donde las fugas por los sellos son inevitables, la característica de desprenderse del agua es importante para sistemas con aceites lubricantes que van a estar en contacto directo con el agua. La habilidad del aceite de separarse del agua va a tener un impacto directo sobre su estabilidad a la oxidación a largo plazo. Los fabricantes OEM de turbinas identifican como muy aceptables niveles de 3 ml de emulsión después de 30 minutos en aceites nuevos.

Desprendimiento de aire ASTM D3427. Algunos OEM de turbinas de gas y de vapor especifican los límites de desprendimiento de aire en los requisitos de especificaciones para aceites nuevos. Estos límites están tan bajos como cuatro minutos, definido como el tiempo para que el aire entrapado se desprenda hasta alcanzar un 0.2 porciento por volumen. Típicamente esto no es problema para los aceites de turbina ISO 32 pero a veces es un obstáculo en los aceites de turbina ISO 46, debido a su más alta viscosidad. El desprendimiento de aire de los aceites no debe cambiar con el tiempo de servicio. Análisis de transmisión FZG – ASTM D5182. Turbinas con conexiones de ejes dentados al generador frecuentemente requieren aditivos de antidesgaste o contra presión extrema para soportar las cargas sobre los dientes. El análisis estándar de la industria es la prueba de transmisión FZG, con resultados reportados como Etapa de Carga de Falla (FLS), un aceite de turbina típico R&O ISO 32 debe llevar una etapa de falla de carga FZG de 6 o 7. Un aceite de esta viscosidad con aditivos antidesgaste y contra presión extrema debe llegar a un nivel de falla de 10, lo cual cumple con los requisitos de especificación de todos los OEM. Las pruebas FZG de los aceites de turbina no deben variar con el tiempo de servicio.

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12.- CONTAMINACION DE LOS ACEITES LUBRICANTES

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12.- CONTAMINACION DE LOS ACEITES LUBRICANTES La contaminación es la principal razón por la que los aceites se degradan y deben ser cambiados. Los contaminantes externos tales como polvo (partículas), agua, hidrocarburos, fluidos corrosivos, etc., son la primera causa de ataque, al existir fallas en el proceso de lubricación, la consecuente contaminación con metales productos del desgaste de los componentes de la maquinaria incrementa seriamente el problema. En una operación “normal”, los contaminantes se acumulan lentamente en el aceite. Si se permite que la concentración de contaminantes aumente en gran proporción se pueden alcanzar concentraciones peligrosas.

FUENTES DE CONTAMINACION QUE ORIGINAN DESGASTE DE SUPERFICIES FORMACIÓN DE CONTAMINANTES PROVENIENTES DE COMPONENTES

CILINDROS, FLUIDOS, MOTORES HIDRÁULICOS, MANGUERAS, TUBERÍAS, DEPÓSITOS, VÁLVULAS

ENTRADAS DESDE EL EXTERIOR

RESPIRADEROS, JUNTAS, SELLOS, ACCESOS A DEPÓSITOS

GENERACIÓN DE CONTAMINANTES

MONTAJE DEL SISTEMA, FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA, ROTURA DEL SISTEMA, DESCOMPOSICIÓN DEL FLUIDO

CONTAMINANTES INTRODUCIDOS DURANTE EL MANTENIMIENTO

ACTIVIDADES DE MONTAJE/DESMONTAJE SUMINISTRO Y REPOSICION DE NIVELES/FLUIDOS

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PRINCIPALES FUENTES DE CONTAMINACION DE LOS ACEITES LUBRICANTES Es importante destacar que los aceites lubricantes de cualquier grado o especificación por lo general sufren de tres fuentes comunes de contaminación: suciedad, hidrocarburos y gases u otros diluentes del proceso y la intrusión de agua.

1.- La primera fuente de contaminación del lubricante es por polvo y partículas sólidas. La contaminación por partículas sólidas en equipos de sistemas hidráulicos llega a conformar hasta un 80% de las fallas en dichos sistemas. La STLE (Society of Tribologists and Lubrication Engineers) establece que “al menos 50% de las fallas de los rodamientos se debe a la abrasión (presencia de partículas en el lubricante).”

PORCENTAJES ESTIMADOS DE FALLAS ORIGINADAS POR CONTAMINACIÓN DEL LUBRICANTE EN ESTUDIOS DE FABRICANTES OEM EMPRESA / INSTITUCION

% DE CAUSA RAIZ DE FALLAS

VICKERS

80%

DENISON

80%

LUBRICATION ENGINEERS

82%

2.- El segundo contaminante, la dilución de hidrocarburos o gases dependiente del proceso, se observa en los motores de combustión interna y en compresores de gas donde los hidrocarburos y otros contaminantes son ventilados a través de los anillos o 131

sellos y son atrapados en el lubricante y/o aceites selladores. La dilución da como resultado una reducción de la viscosidad, puntos de ignición más bajos y una notable disminución en la eficacia de la lubricación.

3.- El último de los contaminantes, el agua, es quizá el enemigo más importante y perjudicial de los equipos. En el aceite lubricante, el agua actúa no sólo como modificador de la viscosidad; también desgasta y corroe activamente las superficies mediante sus propiedades y por que disuelve los gases ácidos como los que se encuentran en los motores de combustión interna. Además, el agua corrosiona las bombas y oxida las superficies frías del acero donde se condensa. En algunos sistemas el agua fomenta el crecimiento biológico que, por sí mismo, ensucia los conductos del lubricante y produce sustancias químicas corrosivas.

LA PROBLEMÁTICA DE LA CONTAMINACION CON AGUA SKF (líder mundial en manufactura de cojinetes de rodamiento): “Por cada incremento del agua al doble en el lubricante, la vida de los rodamientos se reduce casi a la mitad”

Muchas veces se ha mencionado que el agua y el aceite no se mezclan, pero esto es más complicado cuando se trata de aceite lubricante. El agua debilita la pelicula lubricante entre las superficies en contacto; es un ingrediente necesario para la formación de uno de los peores enemigos de la máquinas, la herrumbre u oxidación. El agua y el aceite lubricante llegan a mezclarse tan bien durante el servicio que forman emulsiones lo cual complica la purificación.

El simple hecho de drenar el agua

acumulada en el fondo de los depósitos de lubricante durante el servicio, permite que ésta se lleve consigo algunos aditivos importantes. En realidad, los aceites lubricantes contaminados con agua pueden denominarse el “el enemigo interno”. Debido a la naturaleza agresiva y a los múltiples malentendidos relacionados con la contaminación por agua, definiremos de manera clara sus efectos en un sistema de lubricación. 132

Diferentes formas de contaminación por agua En los sistemas de lubricación de maquinarias, el agua a menudo puede aparecer, y de hecho aparecerá, en tres formas diferentes: libre, emulsificada y disuelta. Pero, antes de analizar los efectos de la contaminación por agua, es conveniente definir estos términos.

Agua libre: El agua libre es cualquier gota de agua que existe en exceso de su concentración equilibrada en una solución. Esta es la forma más nociva en que puede encontrarse el agua. El agua libre por lo general se puede separar del lubricante por asentamiento a gravedad.

Agua emulsificada: El agua emulsificada es una forma de agua libre que existe como suspensión coloidal en el lubricante. Debido a las reacciones electro-químicas y a las propiedades de la mezcla del lubricante/agua en un sistema específico, parte o todo el exceso del agua límite de solubilidad forma una emulsión estable y no podrá separarse a gravedad incluso a temperaturas elevadas. En este sentido, el agua emulsificada se comporta como agua disuelta, pero tiene las propiedades nocivas del agua libre y modifica la viscosidad aparente del lubricante.

Agua disuelta: El agua disuelta es simplemente agua en una solución. Su concentración en el lubricante depende de la temperatura, la humedad y las propiedades del lubricante. El agua que excede los límites impuestos por estas condiciones es agua libre. El equilibrio de la concentración del agua disuelta en los aceites no es perjudicial para la maquinaria ni para el lubricante siempre y cuando se encuentre dentro de los límites permisibles.

133

El agua libre en especial se asentará sobre las superficies de la maquinaria y desplazará cualquier película protectora de lubricante sobre la superficie, y finalmente corroerá a la misma. El agua emulsionada y el agua disuelta se pueden vaporizar debido al calor friccional que se genera al pasar los aceites lubricantes a través de las superficies. A menudo, sin embargo, el agua que se evapora se recondensa en espacios más fríos del sistema de lubricación. Una vez recondensada, el agua libre continúa actuando para oxidar o corroer el sistema. Las partículas grandes generadas por la corrosión desprenden la base de la superficie metálica y tienden a pulverizarse en los diferentes componentes que conforman el sistema de lubricación, como por ejemplo, bombas, rodamientos, válvulas de control y tuberías. La mezcla de los productos corrosivos con agua libre y emulsificada en el sistema produce la formación de lodo. A continuación, debe mencionarse que el agua es un ingrediente esencial para que se presente un crecimiento biológico en los sistemas de lubricación. El crecimiento biológico puede generar la producción de especies iónicas ácidas y éstas aumentan los efectos corrosivos del agua. Al producirse especies iónicas para favorecer el ataque electro químico de las superficies metálicas, la actividad biológica y el número de materiales corrosibles sobrepasa a los materiales de construcción normalmente corrosibles, como por ejemplo acero al carbón. 134

En tanto que la corrosión es bastante dañina en un sistema de aceite de lubricación la erosión es aún peor, ya que por lo general se presenta en las superficies de rodamientos. Esto se debe a la acción de gotas minúsculas de agua libre que destellan explosivamente dentro de los rodamientos debido a la fricción del calor que de forma inevitable se genera en rodamientos altamente cargados. La pérdida de aditivos del sistema de aceite de lubricación es otro punto a tratar. El agua deslava los aditivos, tales como los inhibidores anti-oxidación y anti-oxidantes del lubricante. Esto se debe a la acción divisoria. Los aditivos se dividen entre la fase del lubricante y la del agua, en proporciones que dependen de la solubilidad relativa. Al eliminarse

el agua libre a gravedad,

conglutinación o centrifugado, desaparecen los aditivos del sistema de lubricación, despojando al lubricante de la protección para la que fueron diseñados. La severidad de los efectos del agua en la vida de los rodamientos, debido a la combinación antes descrita, se ilustra mejor si se observa que la vida de los rodamientos puede ampliarse hasta un 240% si el contenido de agua se reduce de 100ppm a 25ppm (partes por millón de agua). Sin embargo, si se permite un contenido de agua de 400ppm como agua libre, la vida del rodamiento se reducirá en un 44% de la posible vida útil que alcanzaría si sólo tuviera 100ppm.

Niveles de humedad permisibles en fluidos lubricantes Tomaremos

como guía la experiencia acumulada por muchos ingenieros de

mantenimiento de todas partes del mundo sobre la comparación de métodos competitivos para la eliminación de agua. En lo particular podemos establecer que los niveles ideales de agua simplemente son los más bajos que se puedan prácticamente lograr y que siempre deben mantenerse por debajo del límite de saturación. En otras palabras, el lubricante siempre debe tener la capacidad de compensar el agua en lugar de ser propenso a liberarla.

135

13.- ANALISIS DE LUBRICANTES EN SERVICIO

136

13.- EL ANALISIS DE LOS LUBRICANTES EN SERVICIO El aceite lubricante es la sangre de la maquinaria utilizada en los procesos industriales. Es uno de los medios más fieles para reflejar el estado operativo de una máquina y su análisis es la vía más efectiva para lograr que su proceso sea confiable. La necesidad de un análisis de aceite lubricante, se puede visualizar mejor con las necesidades de mantenimiento preventivo/predictivo de nuestro propio cuerpo. El realizarnos un completo chequeo periódico de nuestro estado de salud nos ayudará a prevenir enfermedades y a detectarlas para de esta manera poder darles solución de la mejor manera. Al igual que con los seres humanos, el análisis adecuado de aceites también generará información sobre el estado de salud de un equipo. Si mediante un análisis básico del aceite se detecta un problema, se puede proceder a realizar un análisis más completo y detallado para en base a este último decidir sobre el tratamiento correctivo más adecuado que se le dará al problema eliminando la verdadera causa raíz. Desde luego es importante mencionar que las muestras deben de ser representativas y tomarse cuidadosamente en recipientes adecuados y en los puntos de muestreo indicados. Dependiendo el servicio a que está destinado el aceite, éste se puede muestrear cada mes y en equipos críticos se muestreará con una mayor frecuencia si se considera que es necesario.

PRUEBAS REALIZADAS A LUBRICANTES EN SERVICIO A pesar de que existe una gran cantidad de pruebas analíticas que se le pueden realizar a los aceites lubricantes, sólo algunas de ellas son imperativas. Las pruebas normalizadas más representativas del estado de un aceite lubricante en servicio son enlistadas en la tabla de la siguiente página. “Se debe tener la visión de lograr la calidad total en lubricación”

137

PRUEBAS REALIZADAS A LUBRICANTES EN SERVICIO DESIGNACION ASTM

DESCRIPCION

1 2 3 4 5 6

D-1500 D-1298 D-287 D-92 D-445 D-2270

7

D-2272

8

D-1401

9

D-842

10 11

D-3427 D-97

12

D-1744

13

D974-664

COLOR GRAVEDAD ESPECIFICA A 20.4 °C DENSIDAD GRADOS °API PUNTO DE INFLAMACION VISCOSIDAD CINEMATICA A 100°F Y 210°F INDICE DE VISCOSIDAD PRUEBA DE RESISTENCIA A LA OXIDACION (RPVOT) PRUEBA DE DEMULSIBILIDAD PRUEBA DE ESTABILIDAD Y TENDENCIA A LA ESPUMA PRUEBA DE LIBERACION DE AIRE PUNTO DE FLUIDEZ CONTENIDO DE AGUA POR EL METODO DE KARL FISHER (ppm) NUMERO DE NEUTRALIZACION (TAN & TBN)

14

ISO 4406: CONTEO ELECTRONICO DE PARTICULAS: 4, 6, 14, 21, 38 Y 68μ EL NÚMERO DE PARTÍCULAS POR MILILITRO DE FLUIDO NORMALMENTE SE INDICA EN ppm Y REPORTADO EN UN CÓDIGO ISO COMO: >4 μm, >6 μm, >14 μm

15

CAPACIDAD DISPERSANTE POR CROMATOGRAFIA EN PAPEL

16

18

SUSTANCIAS INSOLUBLES POR CENTRIFUGADO ESPECTROGRAFIA DE METALES DE DESGASTE, ADITIVOS Y CONTAMINANTES (21 ELEMENTOS) MICROFOTOGRAFIA Y ANALISIS MICROSCOPICO DE PARTICULAS

19

FERROGRAFIA DE LECTURA DIRECTA (DRFL y DRFS)

20

22

ANALISIS COMPLETOS DE LODOS Y PRODUCTOS DE OXIDACION CROMATOGRAFIA GASEOSA: PARA DETERMINAR LA PUREZA O LA FRACTURA DE GLICOLES ESPECTROMETRIA INFRARROJA: FTIR

23

CONTENIDO DE AZUFRE POR RAYOS X FLUORESCENTES

24

SOLIDOS TOTALES EN SUSPENSION

25

CORROSION AL COBRE

26

CONTENIDO DE CENIZAS SULFATADAS EN ACEITES LUBRICANTES

17

21

138

Información proporcionada por prueba 1.- Color: Esta prueba es una especificación de los aceites lubricantes que se realiza desde su manufactura. El color puede indicarnos que el aceite está sucio y algunas veces puede asociarse con oxidación. Pero el color no es representativo de la calidad de un aceite.

2.- Gravedad específica: A pesar de que los productos se veden sobre bases volumétricas, es importante conocer el peso del producto. La gravedad específica es la relación del peso de un volumen de producto entre un volumen igual de agua. Cuando el aceite se encuentra altamente emulsionado la gravedad específica generalmente aumenta por ser el agua más pesada que el aceite.

3.- Gravedad API: En la industria del petróleo la escala API es altamente utilizada y se relaciona con la gravedad específica mediante la siguiente fórmula: °API = 141.5 / (gravedad especifica) -131.5

4.- Punto de inflamación: Indica la temperatura mínima a la cual suficiente producto se vaporiza para formar una mezcla de combustible que arderá mediante una chispa o flama. Es una especificación importante para seleccionar el aceite adecuado de acuerdo al servicio. Indica una posible contaminación con hidrocarburos cuando disminuye con el servicio.

5.- Contenido de agua: Como ya sabemos la contaminación del lubricante con agua es un enemigo para cualquier equipo, de ahí la importancia de conocer la humedad del aceite.

6.- Número de neutralización: Los aceites lubricantes son susceptibles de degradarse. La degradación es ocasionada por reacciones químicas. Dichas reacciones pueden provocar que los hidrocarburos y/o el agua formen sustancias ácidas las cuales son corrosivas. El número de neutralización nos indica la reserva alcalina de un aceite para neutralizar los ácidos formados durante el servicio. 139

7.- Viscosidad: La viscosidad es la propiedad más importante de un aceite lubricante, ya que de acuerdo a ésta se formará una película lubricante adecuada. Un aumento en la viscosidad puede indicar una oxidación excesiva del aceite. Una disminución anormal puede indicar contaminación con sustancias que son solventes para el aceite.

8.- Indice de viscosidad: Indica cómo se ve afectada la viscosidad por los cambios de temperatura.

Los fabricantes de

equipos

dinámicos

industriales

recomiendan

generalmente un índice superior a 100.

9.- Contenido de metales: Es de las pruebas clave en un buen programa de mantenimiento preventivo/predictivo. Un contenido excesivo de metales puede indicar un excesivo desgaste de algunos elementos de la máquina. De acuerdo al tipo de metal puede inferirse a que parte mecánica corresponde.

10.- Capacidad dispersante: Es una prueba muy sencilla que nos da una idea de con qué facilidad el aceite mantendrá los sólidos en suspensión para que sean removidos por los filtros.

11.- Centrifugado: Proporciona información sobre las partículas insolubles que aparecen en el seno del aceite, dichas partículas pueden ser polvo, gomas, lacas, metales, etc.

12.- Espuma: Después de una vigorosa agitación, la espuma deberá desaparecer de la superficie en menos de 10 minutos.

13.- Agua: Las muestras de lubricantes deben ser transparentes. Si no se puede leer a través de una muestra en recipiente claro, niveles de agua de más de 300 ppm están presentes. Una simple prueba de craqueo puede proveer información valiosa sobre la presencia de agua libre o emulsificada.

140

ANALISIS DE LUBRICANTES DE TURBINAS DE VAPOR Y GAS Por su criticidad, el análisis de los lubricantes de turbinas es de tal importancia en la industria que la ASTM ha desarrollado un estándar dedicado exclusivamente para esta área, específicamente el ASTM D4378-97. Los paquetes de análisis de aceites de turbinas deben ser ensamblados de forma que provean información pertinente y costo efectivo. Un ejemplo de paquetes de prueba para monitorear de forma regular las tendencias de lubricantes de turbinas de vapor y gas se describe a continuación:

*Análisis de Tendencia Regular (Mensual/Trimestral):

Viscosidad ASTM D445 Agua por titulación de Karl Fischer ASTM D1744 (o D6304) Numero Ácido ASTM D664 Código de Limpieza ISO 4406:99 RPVOT ASTM D2272 Herrumbre ASTM D665 A Demulsibilidad ASTM D1401 Espuma ASTM D892 SecuenciaI

141

PROCEDIMIENTO DE MUESTREO PARA EL ANÁLISIS DEL ACEITE El proceso de muestreo es probablemente una de las partes más importantes de un buen programa de análisis de aceite. Si no se obtiene una muestra representativa del verdadero estado del lubricante de un equipo en servicio, se estará limitando la disponibilidad de datos. Una de las mejores muestras es una muestra viva de una línea de abastecimiento del filtro, situado en una zona turbulenta de la tubería. Esto se puede lograr con el uso de los múltiples aparatos de toma de muestras especializados; actualmente están disponibles en el mercado a costos muy accesibles. Cuando una muestra de zona turbulenta no está disponible, los accesorios de muestra siguen siendo el método preferido para un punto de muestreo constante. Estos se pueden obtener con un tubo, a través de una pared del depósito o tapones de verificación de nivel. Un elemento adicional que se necesitará para el muestreo estático es una bomba de vacío para retirar o aspirar el aceite en la botella para muestras. No se debe tener una muestra de una línea de drenaje ya que estas no son realmente representativas del líquido en circulación. Estos accesorios de muestra son también un ahorro de tiempo significativo en el proceso de toma de muestras, reduciendo el tiempo de recorrido por la mitad o más, en promedio. También pueden ser etiquetados con la Identificación de los equipos o información de la muestra para evitar confusiones durante el proceso de recolección.

Figuras. Bombas de vacío y forma de realizar el muestreo del lubricante. 142

14.- TECNOLOGIAS DE PURIFICACION DE LOS LUBRICANTES EN SERVICIO

143

14.- TECNOLOGIAS DE PURIFICACION DE LOS LUBRICANTES EN SERVICIO La purificación de los aceites en servicio es una de las actividades más importantes a efectos de mantener la integridad del mismo; se ha convertido en la actualidad en tema central debido a cuestiones ambientales y económicas. Se requiere de tecnología capaz de eliminar contaminantes como el agua libre, emulsionada y disuelta en el aceite, además de eliminar hidrocarburos y gases contaminantes. También debe poseer filtros que eliminen las partículas sólidas suspendidas en el aceite; es importante aclarar que estos sistemas no pretenden sustituir los sistemas de filtración actuales en los equipos. Son soluciones dadas como un importante apoyo que deben ser congruentes con las políticas ecológicas de cualquier país. Al implementar programas de purificación de aceite lubricante en forma constante, además de la justificación del costo social, se obtiene un beneficio económico ya que se evitan los altos costos por reparaciones, el constante cambio de lubricantes y por el manejo de los aceites de desecho. La viabilidad de la purificación constante del lubricante ha sido documentada por muchas industrias en el mundo. En Estados Unidos hay compañías petroquímicas que han mantenido en servicio inventarios de hasta 22,000 galones de aceite lubricante en sus máquinas durante más de diez años y sin planes de reemplazarlo. Las siguientes consideraciones permitirán al usuario/ingeniero de mantenimiento formar un criterio para elegir un tipo de purificador u otro.

METODOS EMPLEADOS PARA PURIFICAR LOS LUBRICANTES Centrifugadoras de aceite. Los métodos por centrifugación han sido utilizados durante décadas. Funcionan bajo el principio de que las sustancias de diferente densidad, tales como el aceite y el agua, se pueden separar mediante la fuerza centrífuga. Las centrifugadoras logran una forma acelerada de asentamiento a gravedad o sea, de separación física. En un asentamiento 144

específico, las centrífugas son adecuadas en un alcance limitado de viscosidad y densidad específicas. No eliminarán los gases atrapados como el sulfuro de hidrógeno, el etano, el propano, el etileno, etc., o el aire. Aun cuando las centrífugas son un medio rápido de separar altos porcentajes de agua libre, requieren de un mantenimiento intensivo debido a que operan altas velocidades (hasta de 30,000rpm). Lo más importante es que, en el mejor de los casos, solamente eliminan agua libre a 20 ppm sobre el punto de saturación, y nada del agua disuelta o emulsificada. De hecho, a menudo tienen la tendencia a emulsificar parte del agua que deben eliminar.

Conglutinadores. Existen equipos conglutinadores disponibles en los servicios de aceite de lubricación y han sido ampliamente utilizados para desaguar los combustibles de naves aéreas. Para ser más específicos, un conglutinador es un tipo de filtro de cartucho que opera sobre el principio de separación física. Al pasar la mezcla de aceite/agua a través de las fibras del cartucho del conglutinador, las pequeñas gotas dispersas son atraídas una hacia la otra y se combinan para formar unas gotas más grandes. Las gotas de agua más grandes caen por la gravedad al fondo de la caja del filtro y se desaguan por métodos manuales o automáticos. Debido a que los conglutinadores, al igual que las centrifugadoras, eliminan solamente el agua libre, deben ser operadas en forma

145

continua para evitar que se agote la maquinaria a largo plazo. En el momento en que se desconecten, se formará agua libre y comenzará a provocar daños en los componentes. En otras palabras, debido a que se basan en el principio de separación física, sólo son eficaces para una gama limitada de gravedades y viscosidades específicas. No eliminan el agua disuelta, lo que significa que deben funcionar en forma continua y resulta costoso cambiar los elementos.

Filtros/secadores. Los filtros/secadores son también unidades de tipo cartucho que incorporan materiales muy absorbentes para embeber el agua cuando el lubricante húmedo pasa a través de los cartuchos. Eliminan el agua libre y emulsificada y se basan en tecnología muy sencilla. Sin embargo, no eliminan el agua disuelta y aunque su costo inicial es mínimo, los costos a largo plazo pueden resultar muy altos porque la tasa de uso potencial de los cartuchos es muy variable. Puede ser difícil, si no imposible, predecir la cantidad de contaminación de agua en un momento determinado. Además, el uso excesivo de cartuchos genera el problema de desechos sólidos.

Purificadores de lubricante al vacío. Los purificadores de lubricantes al vacío que se han venido utilizando desde finales de la década de los 40´s. Un purificador al vacío funciona sobre el principio de exposición simultánea del aceite lubricante al calor y al vacío mientras se extiende sobre una amplia superficie. Esto difiere de otros métodos discutidos porque se trata de una separación química en lugar de una separación física. Al vacío, el punto de ebullición del agua y otros contaminantes baja, por lo que los componentes con un punto de ebullición más bajo van eliminarse en forma de vapor. Las condiciones operativas normales son 170°F (77°C) y 29.6” Hg (10 Torr). Como en un purificador al vacío el agua se elimina como vapor, no existe la pérdida de aditivos del sistema de lubricante ni el agotamiento de los mismos. Los vapores destilados se recondensan en agua para facilitar que sean expelidos del sistema. Los no condensables, como el aire y los gases, son expulsados a través de la bomba de vacío.

146

Los componentes típicos de un purificador de lubricante al vacío consisten en una bomba de entrada, un filtro; algún método para calentar el lubricante (una resistencia eléctrica, calentadores de vapor, de agua caliente, etc.), un recipiente al vacío y una fuente de vacío (como una bomba al vacío mecánica de pistones o un eductor de agua). Se utiliza una bomba de descarga para regresar el lubricante al tanque o depósito y se puede utilizar un intercambiador de calor de lubricante a lubricante para conservar la energía.

Figura. Circuito del proceso de purificación al vacío 147

La purificación de lubricante al vacío es el único método de amplio espectro capaz de eliminar el agua libre, emulsificada y disuelta. Ya que los purificadores de lubricante al vacío pueden eliminar agua disuelta, pueden funcionar intermitentemente y sin peligro de que se forme agua libre en el lubricante. Además, es el único método para la purificación del lubricante que simultáneamente elimina solventes, aire, gases y ácidos libres. En casi todos los casos, un estudio de justificación de costo a largo plazo se inclina por los purificadores de lubricante al vacío con un buen diseño de ingeniería en lugar de centrifugadoras, los conglutinadores y los filtros secadores.

Unidades de separación por presión positiva de aire Algunos usuarios, debido a, limitaciones económicas, están dispuestos a sacrificar la flexibilidad, pero no la efectividad. Otros usuarios pueden tener maquinaria problemática, continuamente sujeta a contaminación por agua libre y requieren un dispositivo más económico para eliminar el agua, que funcione en forma continua para purificar el sistema de aceite de lubricación. Estos usuarios pueden obtener un excelente servicio utilizando el método más reciente de purificación de lubricante que opera sobre el principio de separación química por presión positiva de aire. Este principio de separación química también elimina el agua libre, disuelta y emulsificada. Por lo tanto, se cataloga, después de la purificación de lubricante al vacío, como el método de deshidratación preferido especialmente en sistemas pequeños. Las unidades de separación por presión positiva de aire, están diseñadas para aplicaciones de trabajo ligero en depósitos pequeños y medianos. Han sido específicamente diseñadas para máquinas individuales para eliminar el agua. Las unidades de separación por presión positiva de aire aspiran el lubricante del fondo de un depósito de lubricante mediante una bomba de engranes activada con un motor que comprende las únicas partes móviles de la unidad. Después se impulsa el lubricante a través de un filtro que elimina las partículas y productos corrosivos el cual es escogido dependiendo de la necesidad o servicio y de ahí pasa a un calentador de vapor o eléctrico para elevar su temperatura. Posteriormente el lubricante pasa a la caja de interflujo donde el aire de la atmósfera o nitrógeno de baja presión es aspirado hacia la mezcla húmeda del lubricante. Durante este periodo de contacto íntimo, el aire se 148

humedece con el agua en el lubricante y éste es el método mediante el cual el lubricante se deshidrata. Dado que incluso el aire con relativa humedad puede absorber aún más humedad cuando se calienta, el aire ambiental por lo general es un transportador de gases adecuado para este proceso de separación de agua. El aire húmedo se ventila posteriormente a la atmósfera mientras que el lubricante se acumula en el fondo de un recipiente deshidratador. Un conector de retorno a gravedad, o equipado con una bomba, permite que el lubricante ya deshidratado fluya de nuevo al depósito.

Carros auxiliares de filtración Los carros de filtro pueden proporcionar una excelente filtración de partículas sólidas sin alterar el sistema operativo, pero no eliminan el agua del lubricante. Deben ser elegidos cuidadosamente por la viscosidad del fluido, velocidad de flujo, y el número de micras (diámetro de partículas). De lo contrario el filtro sólo dejara circular el fluido, y no se logrará mucho realmente. La mayoría de los carros de filtro están diseñados para los fluidos de viscosidad baja y fluidos de alta viscosidad. Estos generalmente tienen una velocidad de flujo menor o más filtros para aumentar la superficie y así reducir la restricción de flujo.

149

FILTROS, MICRONAJE Y SU EFICIENCIA La contaminación del aceite es uno de los peores enemigos de las máquinas. El nivel de contaminación es directamente relacionado a la vida útil de cada equipo en cuestión. La eficiencia del filtro es un elemento clave para reducir esta contaminación y aumentar la vida útil de los equipos. El objetivo es mantener el fluido en el punto donde la contaminación no sea un factor que contribuya a la degradación o falla de componentes. Un fluido debe ser capaz de mantener niveles específicos de limpieza. El ensayo “Multipass Filter Performance Test, ISO 4572”, es el estándar más reconocido para medir la habilidad de un filtro para controlar eficientemente la contaminación. El ensayo circula contaminación que fue introducida al reservorio (el valor utilizado comúnmente es de 200 partículas de un diámetro determinado) a través del filtro de ensayo. A los contaminantes que no son capturados por el filtro se les permite pasar nuevamente por el mismo (“multipase”). Los resultados de este ensayo se reportan como la relación del número de partículas mayores que un tamaño determinado corriente arriba del filtro (entrada) ensayado al número de partículas mayores que el mismo tamaño corriente abajo (salida) del filtro. Esta relación se conoce como relación de filtración o relación Beta, βx.

La relación Beta, βx, ha ganado aceptación tanto en el método de rating de filtro nominal como el de filtro absoluto.

150

El rating nominal es un valor arbitrario en micras, indicado por el fabricante del filtro, basado en un porcentaje de remoción en peso, y no es reproducible. El rating absoluto es el diámetro de la mayor partícula dura esférica que pasará a través del filtro bajo condiciones de ensayo específicas. Este rating es una indicación de la mayor abertura en elemento filtrante. Una relación Beta, βx = 2, remueve 100 de 200 partículas de un tamaño específico y es por lo tanto sólo 50% efectivo. Una relación Beta, βx = 100, remueve 199 de 200 partículas de un tamaño específico y es por lo tanto 99% efectivo. La tabla muestra la correlación entre las relaciones Beta y las eficiencias.

PARTICULAS PARTICULAS CORR. CORR. ARRIBA ABAJO >3μm >3μm (ejemplo) (ejemplo)

RELACION BETA

EFICIENCIA DEL FILTRO

200

200

β3 μm = 200 / 200 = 1

(0 / 200) x 100 = 0%

200

100

β3 μm = 200 / 100 = 2

(100 / 200) x 100 = 50%

200

50

β3 μm = 200 / 50 = 4

(150 / 200) x 100 = 75%

200

25

β3 μm = 200 / 25 = 8

(175 / 200) x 100 = 87.5%

200

10

β3= μm 200 / 10 = 20

(190 / 200) x 100 = 95%

200

5

β3= μm 200 / 5 = 40

(195 / 200) x 100 = 97.5%

200

2

β3= μm 200 / 2 = 100

(198 / 200) x 100 = 99%

200

1

β3= μm 200 / 1 = 200

(199 / 200) x 100 = 99.5% 151

15.- CODIGO ISO 4406: IMPLEMENTANDO NIVELES DE LIMPIEZA TOTAL

152

15.- CODIGO ISO 4406: IMPLEMENTANDO NIVELES DE LIMPIEZA TOTAL Para maximizar el valor de un programa de limpieza para lograr un sistema de lubricación confiable, los alcances de su implementación deben incluir los siguientes requerimientos: Evaluar y establecer objetivos de limpieza utilizando códigos ISO para el fluido y el equipo. Un programa de limpieza se inicia identificando y documentando objetivos de limpieza estándar para el fluido de cada equipo utilizando el código ISO 4406:99, llamado Método de Codificación del Nivel de Contaminación por Partículas Sólidas. El fabricante original del equipo (OEM) debe estar en capacidad de indicarle los códigos de

limpieza

que

produzcan

el

desempeño

óptimo

del

equipo.

El estándar ISO cuantifica los niveles de contaminación con partículas por mililitro de fluido, en tres tamaños: 4 μm, 6 μm y 14 μm (micras). Este código incluye tres “escalas” que representan el rango de la cantidad de partículas por mililitro para cada tamaño de partícula, como se muestra en la siguiente tabla. En conjunto, estos códigos se combinan en un código simple. Nótese que cada vez que el código se incrementa, la cantidad de partículas se duplica. Lo que puede parecer una inconformidad menor en la consecución de los objetivos, realmente produce un impacto significativo para lograr los objetivos de limpieza deseados.

153

NUMERO DE PARTICULAS POR MILILITRO MAS DE

HASTA E INCLUSIVE

80 000 40 000 20 000 10 000 5 000 2 500 1 300 640 320 160 80 40 20 10 5 2.5 1.3 0.64 0.32 0.16 0.08 0.04 0.02 0.01 0.005

160 000 80 000 40 000 20 000 10 000 5 000 2 500 1 300 640 320 160 80 40 20 10 5 2.5 1.3 0.64 0.32 0.16 0.08 0.04 0.02 0.01

ESCALA DE NUMEROS 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Los ingenieros de mantenimiento pueden estar tentados a desarrollar variaciones en los estándares, pero el hacer eso, comprometen inmediatamente sus objetivos. Para obtener el mayor valor en el establecimiento de objetivos de limpieza utilizando el código ISO de contaminación por partículas sólidas, es imperativo que todas las partes involucradas en la limpieza de los fluidos (incluyendo los proveedores de servicios) sigan los estándares al pie de la letra. Permitir la entrada de otras variables al proceso 154

invariablemente los guiará a una mala interpretación de los requerimientos entre el personal de mantenimiento y los proveedores de servicios. Como resultado, el programa

de

limpieza

total

sólo

traerá

poca

o

ninguna

ganancia.

Si los líderes de mantenimiento encuentran muy complicado establecer estándares ISO de contaminación sólida simultáneamente para cada componente del sistema, entonces deben establecer un plan para que poco a poco vayan adoptando los estándares en lugar de permitir variaciones a través de todo el sistema. Es posible comenzar con una sección del sistema e ir desarrollando las mejores prácticas de lubricación en toda la sección. A medida que se desarrollan buenos hábitos, se corrigen los problemas y se da seguimiento a los resultados, se puede expandir el programa a otras áreas. Las utilidades se incrementaran sustancialmente con cada iniciativa.

GRADOS DE LIMPIEZA ISO RECOMENDADOS PARA DIFERENTES COMPONENTES INDUSTRIALES COMPONENTE

CODIGO ISO

VALVULAS DE SERVOCONTROL

16/14/11

VALVULAS DE CONTROL DE PRESION Y DIRECCIONAL

18/16/13

VALVULAS DE CONTROL DE FLUJO, CILINDROS

20/18/15

RODAMIENTOS

16/14/12

COJINETES

17/15/12

REDUCTORES INDUSTRIALES

17/15/12

REDUCTORES MOVILES

17/16/13

MOTORES DIESEL

17/16/13

TURBINAS DE VAPOR

18/15/12

MAQUINAS PAPELERAS

19/16/13

MOTORES / BOMBAS DE ENGRANES

19/17/14

FLUIDOS NUEVOS SIN USAR

20/18/15

155

156

16.- REDISEÑO DEL ENTORNO OPERATIVO DE LOS SISTEMAS DE LUBRICACION

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16.- REDISEÑO DEL ENTORNO OPERATIVO DE LOS SISTEMAS DE LUBRICACION Uno de los retos más importantes para poder lograr la confiabilidad de nuestros sistemas de lubricación consiste en la comprensión, evaluación y posterior implementación de estrategias que garanticen el mayor control de la contaminación en dichos sistemas. En la actualidad, existe una amplia gama de accesorios disponibles para ser adaptados fácilmente a diferentes aplicaciones específicas y todo tipo de ambientes de trabajo, como lo son líneas de recirculación del aire del equipo, el uso de sellos de proyección apropiados, indicadores de nivel de aceite cerrados, cámaras de expansión y filtros desecantes, todo ello con el fin de mantener la integridad del sistema de lubricación siempre que sea requerido.

TECNOLOGIAS DE SELLADO DE EJES Uno de los problemas más antiguos de la industria es el referente a la fiabilidad de los elementos de sellado de cajas de engranajes y rodamientos. El sistema de sellado en una máquinas influye directamente en la confiabilidad de ésta y del proceso en general. Desafortunadamente, la importancia del sistema

de sellado comúnmente es

minimizada y se considera hasta lo último durante el mantenimiento; si este importante elemento funciona apenas aceptablemente, pasará inadvertido, pero tan pronto ocurra una fuga de lubricante, o si el rodamiento o engranajes fallan completamente, su importancia se vuelve evidente de manera inmediata.

Uso tradicional de anillos de retención (retenes) Las limitaciones de los sistemas convencionales y más utilizados de tipo anillo de retención con labio de polímero se centran principalmente en su poca efectividad para evitar que ingresen contaminantes, polvo y humedad al interior. Algunas normas como la API 610 (ISO 13709), que es la especificación de equipos para bombas centrífugas 158

de las industrias del petróleo, petroquímicas y gas natural, reconoce en su más reciente edición (10a) la necesidad de una adecuada protección de los rodamientos: 5.10.2.7 “Las cajas de rodamientos se diseñarán para evitar la contaminación por humedad, polvo y otras sustancias externas. Se equiparán con laberintos reemplazables o cierres magnéticos. No deberán usarse retenes de labio”

Sellos de laberinto Un sello laberíntico está compuesto de numerosas ranuras rectas que se ajustan en torno a un eje, o dentro de una perforación, de forma tal que el fluido deba pasar por un largo y difícil camino para poder escapar; debe existir una holgura muy pequeña entre los bordes del laberinto y la superficie sobre la cual deslizan.

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Los sellos de laberinto permiten el sellado sin que las dos superficies entren en contacto, para ello se controla el paso del fluido a través de varias cámaras mediante la acción de la fuerza centrífuga y la formación de diversos vórtices en sitios predeterminados. La principal desventaja de este tipo de sello es que requiere de pequeñas holguras radiales y axiales entre los componentes rotativos y estacionarios. Tales holguras se pueden obstruir cuando se opera en entornos sucios y con polvo. Los anillos de laberinto no pueden contener fluido que se encuentre por encima del nivel del eje, especialmente cuando el equipo rotativo esté estático y no son efectivos en aplicaciones de lubricación por niebla de aceite y reductores de velocidad inundados, además de permitir el ingreso de aire con humedad y contaminantes

Respiración en las cajas de rodamientos y sistemas de engranajes cerrados Durante el funcionamiento, el fluido de lubricación y el aire del interior de la caja de rodamientos o engranajes se expanden al calentarse, esta expansión expelerá aire a través del sello (ya sea tipo anillo de retención ó laberinto) hacia el exterior. Una vez que el equipo para, la caja de rodamientos o engranes se enfría. Entonces el aire del interior se contrae succionando aire húmedo por el sello hacia el interior de la caja.

(a)

(b)

Figura (a)

Figura (b)

Al girar el eje se genera calor y el aire caliente se expande

Al dejar de girar el eje el equipo se enfría, el aire frío y la humedad son succionados hacia el interior afectando al sistema.

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Utilización de sellos rotatorios magnéticos. Las empresas y departamentos de mantenimiento enfocados en confiabilidad raramente emplean sellos de tipo anillo de retención ó laberinto. Esto también explica por qué los sellos protectores de rodamientos han sido empleados recientemente en forma de sellos magnéticos. Los sellos magnéticos son una gama de sellos mecánicos activados magnéticamente, con atracción magnética entre dos componentes estacionarios. Incorporan un mayor desarrollo tecnológico; el diseño está basado en una válvula dinámica que permite la expulsión del exceso de volumen de aire cuando el equipo está en marcha y se cierra de forma inmediata cuando el equipo se detiene.

Las caras de sellado se pueden construir con materiales que no necesariamente son magnéticos; algunas son de carbón antimónico contra una cara sólida de carburo de tungsteno ó carbón especial para tamaños de ejes mayores. Pueden trabajar a velocidades de eje mayores que la mayoría de los sellos convencionales; en aplicaciones inundadas o con niebla de aceite. En las más modernas industrias, la lubricación por niebla es el método preferido de lubricación de rodamientos. Muchas plantas de procesos cuentan con sellos de laberinto que permiten que la lubricación por niebla se fugue y contamine áreas próximas. Esta práctica no se entiende como aceptable medioambientalmente. Como los sellos de laberinto convencionales fugan, dichas plantas normalmente sobrealimentan el suministro de lubricación por niebla con un factor de 4 veces para mantener la presión del sistema. Esto significa un derroche 161

de energía y una pérdida considerable de lubricante, ambas de gran coste. Los sellos magnéticos pueden trabajar confiablemente en aplicaciones de recirculación de niebla de aceite; controlan las fugas al ambiente satisfactoriamente, por lo tanto no se necesita sobrecompensar el suministro de niebla de aceite y por consiguiente los costos se reducen.

Figura. Sello magnético de doble cara. Sellos de elastómero “O-rings” (2, 4, 6,10), candado elástico (11), aro rotativo (1), anillos fijos (3,9), imanes estacionarios (8), soporte de magneto (7), cuerpo exterior (5)

CAMARAS DE EXPANSION (EXPANSION CHAMBERS) Las cámaras de expansión son dispositivos que se utilizan para la implementación de sistemas cerrados (sistemas que no permiten el intercambio del aire de la cámara de rodamientos o caja de engranajes con el de la atmósfera). La cámara de expansión está diseñada para prevenir un incremento de presión en el sistema cerrado y garantizar así la mayor hermeticidad. El diafragma balanceado localizado en el interior de la cámara provee un volumen constante, que cuando es 162

propiamente dimensionado mantiene la presión de carcasa del aceite en o cercano a 0 psi ó kg/cm2.

Beneficios: Controlan la presión de la carcasa extendiendo la vida de los sellos y previniendo fugas. Previenen el ingreso de contaminación ayudando al lubricante a mantenerse más limpio para aumentar su vida y mejorar su desempeño.

FILTROS DE ENTRADA Y RESPIRADORES DESECANTES Los Respiradores desempeñan un papel esencial para ayudar a reducir la penetración de contaminantes. Los sistemas antiguos sólo tenían tubos de snorkel o topes de malla que funcionaron bien para mantener las partículas grandes y los insectos fuera del líquido. Los respiradores modernos son valorados por diámetros de dos a tres micras de partículas. Todavía existen varios tapones y respiradores OEM que sólo utilizan una malla de fibra para atrapar las cosas más grandes. Para combatir el ingreso de partículas, se colocan respiradores en los tanques, depósitos y cajas de rodamientos o engranes. Estos respiradores usan las cualidades inherentes de dos de las sustancias más absorbentes de la naturaleza (sílica y carbón). La sílica es un material muy poroso que 163

puede atrapar y retener hasta el 40% de su peso en agua. Conforme el vapor de agua pasa a través de estas perlitas, queda atrapado en los poros de la sílica. El vapor de agua que no es atrapado por la sílica pasa a través de una capa de carbón activado. El oxígeno en el agua se une con el carbón activado en el respirador, evitando que siga su camino hacia el interior del equipo.

La mayoría de los desecantes tienen un indicador de cambio de color que indica cuando se ha agotado su vida útil. Esto se logra con un agente que reacciona con el agua dentro del cuerpo de la sílica. A medida que el agua es atrapada por la sílica, ésta reacciona con el reactivo, produciendo un cambio de color. Tienen un filtro de fibra sintética en la parte superior para atrapar partículas sólidas grandes como polvo o material orgánico en la atmósfera. A continuación, viene un accesorio conocido como difusor, que toma el aire entrante y lo fuerza uniformemente a través de la sílica. Después del difusor se encuentra el carbón activado. Cuando el tanque de aceite exhala, este proceso tiene lugar en sentido inverso, con el carbón activado absorbiendo la niebla de aceite para que ésta no regrese de nuevo al tanque después de haber estado en contacto con otros contaminantes. Se recomienda que estos respiradores sean instalados en serie con un indicador de restricción de flujo de aire. El indicador de restricción de flujo proporcionará una señal visual cuando esto ocurra, ya que el aire no va a ser capaz de pasar a por el respirador. 164

Así como muchos filtros, los respiradores con desecante a menudo vienen asociados con tasas de filtración beta (βx). Este es un indicativo de lo bien que trabajará el filtro para evitar el paso de los contaminantes. Uno de los criterios a considerar al seleccionar un respirador es la limpieza del ambiente, la cual afecta su expectativa de vida.

Las propiedades clave de un respirador. Los respiradores con desecante ayudan a controlar tanto el ingreso de humedad como de partículas. Un buen respirador con desecante es uno que:

Contribuye a alcanzar el nivel objetivo de limpieza y humedad, Tiene la suficiente capacidad de servicio para extender los intervalos de cambio, Es fácilmente visible para las inspecciones de rutina durante el mantenimiento preventivo. Permite un fácil reemplazo de cartucho tomando menos de un minuto. La ingeniería del polímero provee altos rangos de temperatura y una excelente resistencia a la corrosión. Mantiene seco al aceite evitando problemas como formación de herrumbre y sedimentos, así como incremento en la oxidación y acidez del aceite. Equipos en operación Stand by (disponibles) puede ser protegidos de daños por humedad interna y corrosión en los componentes que no son lubricados cuando no están operando.

INDICADORES DE NIVEL Los indicadores de nivel de aceite proveen una forma sencilla de observar el nivel para diferentes aplicaciones industriales. Son ideales para rodamientos, transformadores, reductores de velocidad y otras aplicaciones no presurizadas. La construcción en bronce y tubo de vidrio proveen una mayor vida al componente.

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Beneficios: El dispositivo es estándar en todas sus vistas y puede ser rotado 360º para su fácil visualización. El tubo de vidrio ofrece un mayor rango de temperatura de uso 250º F. Gran variedad de estilos de montaje dependiendo de aplicación. Un filtro es instalado en la parte superior del indicador para minimizar contaminación del medio ambiente.

“Al vincular la ciencia con las necesidades del mundo real se generan las ventajas requeridas para enfrentar el reto del ingreso de las partículas y ayudar a mantener la pequeña película lubricante sobre la cual se mueve la industria”

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CONCLUSIONES Estamos viviendo una nueva revolución energética; el pasado nos ha enseñado la necesidad de implementar una cultura de mantenimiento que nos permita aprovechar de manera óptima nuestros recursos, especialmente los no renovables. Si no aprovechamos las enseñanzas podríamos entrar en una nueva crisis de energéticos.

El campo de la lubricación es una especialidad que toma tiempo en educación y años de experiencia para conquistarla (como la mayoría de las profesiones). Puede notarse que muchas tecnologías y prácticas ya se encuentran en el mercado, listas para ser aprovechadas, mientras que otras continúan en fase de investigación, pero la oportunidad que se presenta para ser implementada rápidamente, dará ventajas competitivas a quienes, con sentido de prioridad, tengan la visión de incluirlas en sus plantas.

Lograr el beneficio del ahorro de energía en nuestras maquinarias se traduce en un impacto sinérgico, ya que además del ahorro implícito en el consumo de la energía eléctrica o del combustible (según sea el caso); se impacta positivamente la integridad del medio ambiente. Existe una relación directamente proporcional, que vincula que por cada Kwh. De energía que se ahorra, se disminuye en 600 gr. la cantidad de CO 2 (dióxido de carbono) emitida a la atmósfera.

A esto se debe que el reto clave de la ingeniería sea volver a diseñar las unidades de producción con un enfoque que permita sustituir el uso de “prácticas de lubricación obsoletas” y rediseñar las máquinas convencionales existentes en las plantas aún en operación, mismas a las que se les requiere seguir produciendo en forma eficiente, transformando los recursos naturales a una tasa de demanda en constante crecimiento durante muchos años más.  Sólo el 20% de las tecnologías nuevas probadas son utilizadas actualmente. 167

GLOSARIO

BARRIL DE PETROLEO: Medida americana de volumen, equivalente a 159 litros, es decir, un metro cúbico de petróleo equivale a 6,29 barriles.

CALIBRACION: Establecer con exactitud la correspondencia entre las indicaciones de un instrumento de medida y los valores de la magnitud que se mide con él.

HERMETICAS: Se refiere a las condiciones perfectamente aisladas del medio.

AROMATICOS: Son hidrocarburos con un núcleo bencénico (estructura de anillo). Se derivan principalmente del petróleo, son químicamente versátiles y tienen buenas propiedades solventes.

CIZALLAMIENTO / ESFUERZO CORTANTE: La cortadura (cizalladura o esfuerzo cortante) es el esfuerzo que soporta una pieza cuando sobre ella actúan fuerzas contenidas en la propia superficie de actuación.

DIAGNOSTICO DE CONDICION: Es el hecho de conocer el estado puntual de los equipos y maquinaria, en tiempo real, en el momento de la medición, y en base a características técnicas poder entender y analizar la información obtenida, para hacer una proyección de la tendencia en el estado posterior.

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MODO DE FALLA: Es cualquier situación que impida que un elemento cumpla su función de transmisión de esfuerzos o de retención de presión como se encuentra previsto en el diseño del mismo.

ACEITE GASTADO: Los lubricantes gastados son “todos los aceites industriales que se hayan vuelto inadecuados para el uso que se les hubiere asignado inicialmente.”

TIEMPO MUERTO: Periodo en el cual una máquina o una fábrica no está operando o no está produciendo.

SINERGIA: Procede de un vocablo griego que significa “cooperación”. El concepto es utilizado para nombrar a la acción de dos o más causas que generan un efecto superior al que se conseguiría con la suma de los efectos individuales.

LIBRA ESTERLINA: La libra esterlina es la moneda del Reino Unido así como de las Dependencias de la Corona y Territorios Ultramarinos británicos. En 1967 equivalía a $2,41 dólares.

FUERZA / NORMAL: La fuerza normal Fn (ó N) es la fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo apoyado sobre la misma. Ésta es de igual magnitud y dirección, pero de sentido contrario a la fuerza ejercida por el cuerpo sobre la superficie.

REMOCION: Consiste en llevar una cosa de un lugar hacia otro o en modificar la situación, el estado o la condición de un material.

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DEFORMACION PLASTICA: Cambio permanente de forma o dimensión debido a una fuerza mecánica mayor que el límite elástico (proporcional) del material bajo presión, que no recupera su forma original al eliminar la fuerza deformante.

OSCILACION CICLICA: Se define como el movimiento oscilatorio que recorre espacios iguales en tiempos iguales. (El movimiento oscilatorio es un movimiento en torno a un punto de equilibrio estable. Este puede ser simple o completo.

PROCESO TRIBOQUIMICO: El contacto deslizante tribológico da como resultado una reacción química. Los productos de la reacción influyen en los procesos tribológicos en la superficie. Una

causa

frecuente

de

desgaste

triboquímico

es

la

oxidación.

SURCADO: Formar rayas, hendiduras o estrías.

CRESTAS DE SUPERFICIE: Protuberancias o partes más altas de una superficie.

DEFORMACION ELASTICA: Es el cambio temporal de forma producido por una fuerza mecánica dentro del límite elástico (proporcional) del material bajo presión, recuperándose la forma y dimensión originales al eliminar la fuerza deformante.

PUNTO DE FLUENCIA: En un diagrama de esfuerzo-deformación unitaria de una barra de prueba donde hay gran incremento de la deformación con poco o ningún aumento del esfuerzo, se llama

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resistencia de fluencia o resistencia de cedencia. Si este punto es muy notable, se llama punto de fluencia.

FATIGA: Deterioro interno de un material sometido a esfuerzos repetidos superiores al límite de resistencia e inferiores al límite de elasticidad

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

PORTANTE: Que sostiene o sustenta; que asegura la sustentación.

INTERFACES: Son las superficies que realizan una conexión física para realizar una función determinada entre dos componentes como bien entre dos sistemas completamente diferentes, realizando así una comunicación.

ESTRIAS: Las estrías son rayas, surcos o hendiduras que suelen tener algunos cuerpos

AGARROTAMIENTO O GRIPADO: Bloqueo de dos cuerpos metálicos en movimiento relativo, a causa de una fusión superficial del material. El fenómeno proviene siempre de la temperatura demasiado elevada que se desarrolla entre la superficie de las piezas en condiciones anormales de funcionamiento.

DESTILACION: Operación que separa a los hidrocarburos en varias fracciones por vaporización seguida de condensación. 171

TORRE FRACCIONADORA: Nombre genérico del equipo de proceso de separación de una mezcla en sus componentes o fracciones.

BASE HIDROGENADA: La hidrogenación es un tipo de reacción química cuyo resultado final visible es la adición de hidrógeno (H2) a otro compuesto denominado base hidrogenada.

OLEFINA: Grupo de hidrocarburos, incluyendo etileno y propileno, de especial importancia como insumo a la industria química.

PARAFINA: Son mezclas de hidrocarburos saturados (alcanos) sólidos caracterizados por su poca afinidad con los agentes químicos.

POLIMERIZACION DE ALQUENOS: Los alquenos, en presencia de ácido sulfúrico concentrado, condensan formado cadenas llamadas polímeros.

ETILENO: Una olefina consistente de dos átomos de carbono y cuatro átomos de hidrógeno; es un químico básico muy importante en las industrias química y de plásticos.

NAFTA: Cuerpo liquido que resulta de la mezcla de diversos hidrocarburos. Es uno de los productos de la destilación del petróleo, es volátil e inflamable y se emplea como solvente o combustible.

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SOLVENTE: Un disolvente o solvente es una sustancia que permite la dispersión de otra sustancia en esta a nivel molecular o iónico. Es el medio dispersante de la disolución.

HIDRODESINTEGRACION: Desintegración de compuestos de alto peso molecular a bajo peso molecular por medio de hidrogeno, como catalizador, temperatura y presión.

HETEROATOMO: Un heteroátomo (del griego héteros, diferente, más átomos) es cualquier átomo salvo el carbono y el hidrógeno, que forma parte de un compuesto orgánico.

PRODUCTO AFTERMARKET: Los productos químicos "aftermarket" (de automoción y los productos industriales especializados) son comercializados como agregados que ayudan con frecuencia a resolver problemas de forma menos costosa y mucho más rápida.

POLIMERO: Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.

ALDEHIDO: Los aldehídos son compuestos orgánicos caracterizados por poseer el grupo funcional CHO. Se denominan como los alcoholes correspondientes, cambiando la terminación ol por -al.

CETONA: Una cetona es

un compuesto

orgánico caracterizado

por

poseer

un grupo

funcional carbonilo unido a dos átomos de carbono.

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ADSORCION: Es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapados o retenidos en la superficie de un material.

FENOLICO: Los fenoles o compuestos fenólicos son compuestos orgánicos en cuyas estructuras moleculares contienen al menos un grupo fenol, un anillo aromático unido a al menos un grupo funcional.

RADICALES LIBRES: Un radical (antes

referido

como radical

libre)

es

una especie

química (orgánica o inorgánica), en general es extremadamente inestable y, por tanto, con gran poder reactivo por poseer un electrón desapareado.

COMBUSTION ACIDICA: La combustión del carbón mineral, petróleo y derivados del petróleo liberan entre otros gases: dióxido de azufre (SO2) y dióxido de nitrógeno (NO2), que en contacto con el vapor de agua de la atmósfera reaccionan químicamente produciendo ácido sulfúrico (H2SO4) y ácido nítrico (HNO3).

ALCALINIDAD: Es una medida de la capacidad de una sustancia para neutralizar ácidos.

COPOLIMEROS: Es una macromolécula compuesta por dos o más monómeros o unidades repetitivas distintas, que se pueden unir de diferentes formas por medio de enlaces químicos.

TENSION SUPERFICIAL: Es la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Es la fuerza que actúa tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie. 174

NOMOGRAMAS: Son un instrumento gráfico de cálculo, un diagrama bidimensional que permite el cómputo gráfico y aproximado de una función de cualquier número de variables.

CATALIZADOR: La catálisis es el proceso por el cual se aumenta la velocidad de una reacción química, debido a la participación de una sustancia llamada catalizador. El catalizador no se modifica durante la reacción química, lo que lo diferencia de un reactivo.

TETRAEDRICA: Relativo a los poliedros de cuatro caras; un tetraedro es una pirámide de base triangular.

CARGA PUNTUAL: La carga puntual es la carga que actúa sobre un área muy pequeña o un punto muy concreto de una estructura. También llamada carga concentrada.

RECIPROCANTE: En resumen el movimiento reciprocante es aquel que se usa donde una parte mecánica va y viene, sube o baja de tal forma que este movimiento se usa para desempeñar algún trabajo útil.

CREMALLERA: En mecánica, una cremallera es un prisma rectangular con una de sus caras laterales tallada con dientes. Se emplea, junto con un engranaje (piñón), para convertir un movimiento giratorio en longitudinal o viceversa.

DESPLAZAMIENTO POSITIVO: Es el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara. Por consiguiente, en una máquina de desplazamiento positivo, el elemento

175

que origina el intercambio de energía no tiene necesariamente movimiento alternativo (émbolo), sino que puede tener movimiento rotatorio (rotor).

HIDROLISIS: Es una reacción química del agua con una sustancia. Entre las sustancias que pueden sufrir esta reacción se encuentran numerosas sales.

EMULSION: Medio heterogéneo constituido por la dispersión en forma de finos glóbulos de un líquido en otro en fase continua.

EMULSION INVERTIDA: Son formulaciones líquidas en las que muy pequeñas gotas de agua están suspendidas en aceite, opuestamente a las emulsiones normales en las que el agua contiene pequeñas gotas de aceite.

OBTURADORES: Mecanismos que sirven para interrumpir la circulación en conductos de agua, aire, vapor o gases, etc.

ELASTOMEROS: Polímeros naturales o sintéticos que presentan propiedades elásticas.

ESTABILIDAD HIDROLITICA: Habilidad de los aditivos y de ciertos aceites sintéticos para resistir la descomposición química (hidrólisis) en presencia de agua.

DILUENTE: Un diluyente es un agente de dilución que disminuye la viscosidad de los líquidos, facilitando el movimiento.

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SUSPENSION COLOIDAL: Es un sistema formado por dos o más fases, principalmente: una continua, normalmente fluida, y otra dispersa en forma de partículas; por lo general sólidas. La fase dispersa es la que se halla en menor proporción.

CONGLUTINACIÓN: (Conglutinar), derivado de gluten; lat. gluten, engrudo; se refiere a la acción de unir cosas con una sustancia viscosa, de modo que resulte una masa compacta.

ALCALINO: Los metales alcalinos son aquellos que están situados en el grupo 1 de la tabla periódica (excepto el hidrógeno que es un gas). Todos tienen un solo electrón en su nivel energético más externo, con tendencia a perderlo.

CRAQUEO: Transformación por ruptura de las grandes moléculas de crudos y gases para obtenerlas más pequeñas a fin de aumentar la proporción de productos ligeros y volátiles.

BOMBA DE VACIO: Una bomba de vacío extrae moléculas de gas de un volumen sellado, para crear un vacío parcial.

FUERZA CENTRIFUGA: En mecánica la fuerza centrífuga es la que se aleja del centro. La fuerza centrífuga se produce cuando se obliga a un cuerpo a dar vueltas.

PUNTO DE SATURACION: La saturación es el punto en que una solución de una sustancia no puede disolver más de dicha sustancia, y que cantidades adicionales aparecerán como un precipitado.

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EMBEBER: Se refiere a la capacidad de cuerpo sólido para absorber a otro líquido. Empapar, llenar de un líquido algo poroso o esponjoso.

VACIO: El término se refiere a cierto espacio lleno con gases a una presión total menor que la presión atmosférica, por lo que el grado de vacío se incrementa en relación directa con la disminución de presión del gas residual.

PUNTO DE EBULLICION: Es aquella temperatura en la cual la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del medio en el que se encuentra. Coloquialmente, se dice que es la temperatura a la cual la materia cambia del estado líquido al estado gaseoso.

EDUCTOR: Los eductores utilizan un fluido de alta presión para manipular un fluido de baja presión y descargar la mezcla contra una presión intermedia utilizando el principio de venturi. Los eductores se componen de una tobera divergente convergente, un cuerpo y un difusor. VORTICE: Un vórtice es un flujo turbulento en rotación espiral con trayectorias de corriente cerradas.

CARBON ANTIMONICO: Es un compuesto cerámico con contenido del elemento químico antimonio; el antimonio es un semimetal empleado en aleaciones metálicas y cerámicas que incrementa mucho la dureza y resistencia a esfuerzos mecánicos de la aleación.

178

CARBURO DE TUNGSTENO: Es

un

compuesto

cerámico

formado

por wolframio y carbono.

Se

utiliza

fundamentalmente, debido a su elevada dureza, en la fabricación de maquinarias y utensilios para trabajar el acero.

SNORKEL: Designa de manera general a un dispositivo en forma de tubo que sirve para suministrar aire a algo (un motor, máquina, etc.) o a alguien (para que ese alguien pueda respirar).

CARBON ACTIVADO: Es un material que se caracteriza por poseer una cantidad muy grande de microporos (poros menores a 1 nanómetro de radio).

179

BIBLIOGRAFIA

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182

ANEXOS

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TABLAS DE ORIENTACION BASICA PARA LA SELECCIÓN DE ACEITES LUBRICANTES

1.- REGLAS BASICAS PARA LA SELECCION DEL LUBRICANTE ADECUADO A MAYOR VELOCIDAD

MENOR VISCOSIDAD

A MENOR VELOCIDAD

MAYOR VISCOSIDAD

A MAYOR TEMPERATURA

MAYOR VISCOSIDAD

A MENOR TEMPERATURA

MENOR VISCOSIDAD

A MAYOR CARGA

MAYOR VISCOSIDAD

A MENOR CARGA

MENOR VISCOSIDAD

2.- CLASIFICACION DE LA VELOCIDAD Y TEMPERATURA DE TRABAJO VELOCIDAD BAJA

0 A 450 R.P.M.

MEDIA

450 A 900 R.P.M.

ALTA

MAYOR A 900 R.P.M. TEMPERATURA

NORMAL

10 A 35°C

MEDIA

35°C A 60°C

ALTA

MAYOR A 60°C

3.- CLASIFICACION DE VISCOSIDAD ISO COMUNMENTE APLICADA BAJA

ISO 32 A 68

MEDIA

ISO 100 A 220

ALTA

ISO 320 A 680 184

CLASIFICACIÓN DE LOS LUBRICANTES EN FUNCIÓN DE LA VISCOSIDAD  Desde 1977 se ha adoptado internacionalmente para los aceites lubricantes industriales la clasificación de viscosidad dada por la norma IS0 3448-75. Esta clasificación define 18 grados de viscosidad en el intervalo 2 a 1500 cSt (mm2/s).  Cada grado se representa por un número entero que indica la viscosidad cinemática media del aceite a 40ºC y sus límites se sitúan a un ± 10 % de este valor medio. Entre dos grados sucesivos hay una diferencia de aproximadamente el 50%. 4.- NORMA ISO 3448. CLASIFICACION DE LOS LUBRICANTES LIQUIDOS INDUSTRIALES EN FUNCION DE LA VISCOSIDAD GRADO DE VISCOSIDAD ISO VG (VISCOSITY GRADE)

PUNTO MEDIO DE LA VISCOSIDAD CINEMÁTICA mm2/s a 40°C

LIMITE INFERIOR DE LA VISCOSIDAD CINEMÁTICA mm2/s a 40°C

LIMITE SUPERIOR DE LA VISCOSIDAD CINEMÁTICA mm2/s a 40°C

ISO VG 2

2.2

1.98

2.42

ISO VG 3

3.2

2.88

3.52

ISO VG 5

4.6

4.14

5.06

ISO VG 7

6.8

6.12

7.46

ISO VG 10

10

9.00

11.0

ISO VG 15

15

13.5

16.5

ISO VG 22

22

19.8

24.2

ISO VG 32

32

29.8

35.2

ISO VG 46

46

41.4

50.6

ISO VG 68

68

61.2

74.8

ISO VG 100

100

90.0

110

ISO VG 150

150

135

165

ISO VG 220

220

198

242

ISO VG 320

320

288

352

ISO VG 460

460

414

506

ISO VG 680

680

612

748

ISO VG 1000

1000

900

1100

ISO VG 1500

1500

1350

1650 185

PORCENTAJES DE PRODUCCIÓN MUNDIAL DE LOS DIFERENTES GRUPOS DE ACEITES BÁSICOS API POR REGIÓN.

186

TABLAS DE CONVERSION DE UNIDADES DE MEDIDA

5.- UNIDADES DE AREA METRICO

IMPERIAL

1 centímetro cuadrado

=

0.1550 pulgadas cuadradas

1 metro cuadrado

=

1.1960 yardas cuadradas

1 hectárea

=

2.4711 acres

1 kilómetro cuadrado

=

0.3861 millas cuadradas

6.- UNIDADES DE AREA IMPERIAL

MÉTRICO

1 pulgada cuadrada

=

6.4516 centímetros cuadrados

1 pie cuadrado

=

0.0929 metros cuadrados

1 yarda cuadrada

=

0.8361 metros cuadrados

1 acre

=

4046.9 metros cuadrados

1 milla cuadrada

=

2.59 kilómetros cuadrados

7.- UNIDADES DE TEMPERATURA CONVERTIR Celsius (oC)

EN ºCELSIUS o

C

Fahrenheit (oF)

(F - 32) x 5/9

Kelvin (K)

K - 273.15

EN ºFAHRENHEIT (C x 9/5) + 32

EN KELVIN o

C + 273.15

F

(F - 32) x 5/9 + 273.15

(K - 273.15) x 9/5 + 32

K

o

187

TABLAS DE CONVERSIÓN DE UNIDADES DE MEDIDA

8.- UNIDADES DE PRESIÓN SISTEMA INGLES libra por pulgada cuadrada (psi) libra por pie cuadrado (psf) poundal por pie cuadrado (pdl/sq ft) pulgada de mercurio (inHg) tonelada US (corta) por pie cuadrado (sh tn/ ft2) SISTEMA METRICO kilogramo por milímetro cuadrado (kg/mm2) kilogramo por centímetro cuadrado (kg/cm2) kilogramo por metro cuadrado (kg/m2) pascal (Pa) = N/m2 = kg/(m·s2) kilopascal (kPa) = 1000 Pa bar (bar) = 100000 Pa milibar (mbar) = 100 pascals (Pa) atmósfera (standard) (atm) = 1.033 kgf/cm2 atmósfera (técnica) = 1 kgf/cm2 milímetro de mercurio (mmHg) = 133.32 Pa

188

TABLAS DE CONVERSIÓN DE UNIDADES DE MEDIDA

9.- CONVERSIONES DE UNIDADES DE PRESION

10.- CONVERSIONES DE UNIDADES DE PRESION

189

TABLAS DE CONVERSIÓN DE UNIDADES DE MEDIDA

11.- UNIDADES DE VOLUMEN SISTEMA INGLÉS (U.S.) pulgada cúbica (in3) pie cúbico (ft3) = 1728 pulgadas cúbicas (in3) yarda cúbica (yd3) = 27 pies cúbicos (ft3) milla cúbica (mi3) acre-pie (acre ft) = 43560 ft³ = 1613.33 yd³ UNIDADES U.S. DE CAPACIDAD EN LÍQUIDOS onza líquida (fl oz) = 8 dracmas = 480 minims gill (gi) = 4 onzas = 32 dracmas pinta US = 4 gills = 16 onzas cuarto US (qt) = 2 pintas = 8 gills = 32 onzas galón US = 4 cuartos = 8 pintas = 128 onzas galón US = 231 pulgadas cúbicas barril (liquido) = 31.5 galones = 119.24 litros barril de petróleo = 42 galones = 159 litros hogshead = 63 galones = 8.422 pies cúbicos

190

TABLAS DE CONVERSIÓN DE UNIDADES DE MEDIDA

12.- UNIDADES DE VOLUMEN SISTEMA MÉTRICO milímetro cúbico (mm3) centímetro cúbico (cm3 ó cc) = 1 mililitro (mL) decímetro cúbico (dm3) = 1,000 cm3 = 1 litro (L) metro cúbico (m3) = 1000 dm3 = 1000 litros (L) decámetro cúbico (dam3) hectómetro cúbico (hm3) kilómetro cúbico (km3) UNIDADES DE CAPACIDAD - SISTEMA MÉTRICO mililitro (mL) = 0.001 litros centilitro (cL) = 0.01 litros decilitro (dL) = 0.1 litros litro (L) = 1 dm3 = 1000 mililitro (mL) hectolitro (hL) = 100 litros (L)

191