¿Cómo saber qué lubricante es el más adecuado para una aplicación determinada? Normalmente, es tan sencillo como consultar un manual de mantenimiento y seleccionar un producto de la lista de productos sugeridos. Desafortunadamente, esta solución no siempre proporciona la lubricación óptima para un conjunto de engranajes determinado ni la máxima eficiencia en la gestión del inventario de lubricantes.
Mientras que algunos fabricantes de equipos originales (OEM, por sus siglas en inglés) ofrecen especificaciones genéricas que consideran ciertos parámetros pertinentes, otros solo ofrecen una especificación general que podría no tomar en consideración las temperaturas reales de funcionamiento. Por lo tanto, es importante que quienes seleccionan lubricantes tengan conocimientos básicos sobre cómo especificar lubricantes para engranajes.
Además de comprender y ser capaz de interpretar las especificaciones proporcionadas por los fabricantes de maquinaria, es importante entender el por qué y realizar cambios cuando sea necesario.
Al seleccionar lubricantes para engranajes industriales, se deben considerar numerosos factores, además de la simple selección de un producto del manual de mantenimiento, como la disponibilidad del producto, la marca de lubricante preferida, las necesidades de consolidación de lubricantes y las condiciones de operación. La selección adecuada de los lubricantes es fundamental para un programa de lubricación de excelencia.
Comprender esto adecuadamente le permite al ingeniero de lubricación maximizar la confiabilidad de la maquinaria en condiciones normales, así como utilizar la especificación del lubricante como solucionador de problemas en condiciones anormales.
Criterios de selección del aceite para engranajes
Para elegir el mejor lubricante para un conjunto de engranajes, se deben tener en cuenta los siguientes criterios:
- Viscosidad: a menudo considerada como la propiedad más importante de un aceite lubricante.
- Aditivos: el paquete de aditivos utilizado en el lubricante determinará la categoría general del lubricante y afectará varias propiedades clave de desempeño en las condiciones de operación.
- Tipo de aceite base: el aceite base utilizado debe determinarse según las condiciones de operación, el tipo de engranajes y otros factores.
Viscosidad
Elegir el grado de viscosidad adecuado suele ser tan sencillo como consultar la recomendación en el manual de mantenimiento de un componente. Desafortunadamente, este manual no siempre existe o quizás la máquina funciona fuera de las condiciones que recomendó el OEM. Por lo tanto, es importante comprender los métodos de selección de la viscosidad y los factores que influyen en sus requisitos.
La viscosidad de un lubricante para engranajes se elige principalmente para proporcionar el espesor de película deseado entre las superficies en interacción a una velocidad y carga determinadas. Dado que es difícil determinar la carga con la mayoría de los métodos de selección de viscosidad, se asume la carga y la velocidad se convierte en el factor determinante.
Uno de los métodos más comunes para determinar la viscosidad es la norma ANSI/AGMA 9005-F16 del ANSI (Instituto Nacional Americano de Estándares) y la AGMA (Asociación Americana de Fabricantes de Engranajes). En este método, se parte de suposiciones sobre la carga, el índice de viscosidad y el coeficiente de presión-viscosidad del lubricante.
La tabla de la Figura 1 es aplicable a conjuntos de engranajes encerrados rectos, helicoidales y cónicos. Existen otras tablas para engranajes tipo sinfín y engranajes abiertos. Para utilizar este método, se debe determinar el tipo de conjunto de engranajes, su geometría, la temperatura de funcionamiento y la velocidad del engranaje de menor velocidad.
Después de calcular la velocidad en la línea de paso del engranaje más lento de la unidad, se puede leer en la tabla el grado de viscosidad requerido utilizando la temperatura de funcionamiento más alta probable de la unidad.
Es importante tener en cuenta que este método asume la relación viscosidad-temperatura del lubricante (índice de viscosidad = 90). Si el IV del lubricante es diferente de este valor, se incluyen tablas adicionales para aceites con IV = 120 y 160, o se puede utilizar una calculadora o gráfica de viscosidad-temperatura para interpolar el grado de viscosidad ISO apropiado.
Figura 1. Determinación de la viscosidad para engranajes encerrados rectos, helicoidales y cónicos
Aunque existen varios métodos comunes para la selección del grado de viscosidad del lubricante para engranajes, la mayoría debería arrojar valores similares.
Selección del tipo de lubricante y aditivos
Tras seleccionar el grado de viscosidad, se debe elegir el tipo de lubricante. Si bien existen muchas variaciones, los lubricantes para engranajes generalmente se pueden clasificar en tres categorías: R&O, antirrayado (EP) y compuestos. El tipo de lubricante para engranajes más adecuado para una aplicación determinada dependerá de las condiciones de operación.
Dado que no existen directrices estándar que faciliten esta determinación, la selección es algo subjetiva. Muchos fabricantes de maquinaria especifican un requisito de viscosidad y dejan esta decisión al usuario final. Otros optan por ser conservadores y especifican lubricantes EP para sus aplicaciones. Por lo tanto, es importante comprender las condiciones generales que afectan a este requisito.
Figura 2. Películas lubricantes en engranajes
Aceites R&O
Los lubricantes para engranajes con inhibidores de herrumbre y oxidación (R&O) no contienen aditivos antirrayado ni otros agentes lubricantes. Estos aceites generalmente ofrecen un buen desempeño en lo que se refiere a estabilidad química, demulsibilidad, prevención de corrosión y supresión de espuma. Fueron diseñados para su uso en engranajes que operan a velocidades relativamente altas, cargas bajas y con carga uniforme (sin cargas de impacto).
Estos lubricantes son la mejor opción en aplicaciones donde todas las superficies de contacto operan bajo condiciones de lubricación hidrodinámica o elastohidrodinámica. No ofrecen un buen desempeño ni previenen el desgaste en condiciones de lubricación límite.
Aceites antirrayado (extrema presión)
Los lubricantes antidesgaste para engranajes, comúnmente conocidos como lubricantes de extrema presión (EP), ofrecen un desempeño superior al de los aceites R&O. Además de las propiedades indicadas para los lubricantes R&O, los lubricantes antidesgaste contienen aditivos especiales que mejoran la resistencia de su película o su capacidad de carga.
Los aditivos EP más comunes son el azufre y el fósforo, que son compuestos químicamente activos que alteran la química de las superficies de la máquina para evitar el desgaste adhesivo en condiciones de lubricación límite, bajo altas cargas, bajas velocidades y cargas de choque.
En aplicaciones menos severas, también se pueden usar aditivos antidesgaste (AW) para brindar protección contra el desgaste en condiciones de lubricación límite, utilizando aditivos a base de dialquilditiofosfato de zinc (ZDDP) o tricresil fosfato (TCP). Las condiciones de la maquinaria que generalmente requieren lubricantes antidesgaste incluyen cargas de moderadas a pesadas, bajas velocidades y cargas de impacto de ligeras a moderadas.
Además de los aditivos antidesgaste de azufre, fósforo y ZDDP y TCP, existen varios materiales sólidos comunes considerados aditivos antidesgaste, incluidos el disulfuro de molibdeno (moly), el grafito y los boratos.
Una ventaja de estos aditivos es que no dependen de la temperatura para activarse, a diferencia de los compuestos de azufre y fósforo, que no se activan hasta que se alcanza una temperatura elevada en la superficie de contacto.
Una desventaja de los aditivos EP de azufre y fósforo es que pueden ser corrosivos para las superficies de las máquinas, especialmente a altas temperaturas. Este tipo de aditivo también puede ser corrosivo para los metales amarillos y no debe utilizarse en aplicaciones con componentes fabricados con estos materiales, como engranajes corona sinfín.
Aceites compuestos para engranajes
Los aceites compuestos son el tercer tipo de lubricante común. Por lo general, se mezcla el acete base con un ácido graso sintético o natural (a veces llamado sebo) para aumentar su lubricidad y la resistencia de la película. La aplicación más común de estos aceites son los engranajes corona sinfín.
Debido al elevado nivel de contacto deslizante y a los efectos negativos de los agentes EP sobre los metales, los lubricantes compuestos suelen ser la mejor opción para estas aplicaciones. Los aceites compuestos también se conocen como aceites para cilindros, ya que se formularon originalmente para aplicaciones en cilindros de vapor.
Selección del aceite base
Los aceites de base mineral de alta calidad ofrecen un buen desempeño en la mayoría de las aplicaciones. De hecho, los básicos minerales suelen tener coeficientes de presión-viscosidad más altos que los sintéticos comunes, lo que permite un mayor espesor de película a determinadas viscosidades de operación. Sin embargo, existen situaciones en las que son preferibles los básicos sintéticos.
Muchas bases sintéticas presentan una mayor resistencia inherente a la oxidación y degradación térmica, lo que las hace preferibles para aplicaciones con altas temperaturas de operación y, en algunos casos, permiten intervalos de cambio más largos. Además, los sintéticos ofrecen un mejor desempeño en máquinas sometidas a bajas temperaturas ambientales gracias a su alto índice de viscosidad y bajos puntos de fluidez.
El alto índice de viscosidad también hace que los productos sintéticos sean adecuados para un rango más amplio de temperaturas ambiente, eliminando la necesidad de cambios de aceite estacionales. Algunos sintéticos también pueden ofrecer mayor lubricidad, lo que reduce la fricción en los contactos deslizantes.
La selección de lubricantes para engranajes industriales es similar en la mayoría de las aplicaciones. No existe una propiedad o valor específico para crear una buena especificación. Para identificar la mejor opción para una aplicación determinada, se deben seleccionar la viscosidad, el aceite base y el tipo de lubricante adecuados, y evaluar las propiedades de desempeño adecuadas. Para más información sobre este tema, consulte las referencias que se indican a continuación.
Lea más sobre las mejores prácticas de lubricación en cajas de engranajes:
Cómo inspeccionar una caja de engranajes
Referencias
- Robert Errichello. “Selección de aceites con alto coeficiente de presión viscosidad – Aumente la vida de los rodamientos por más de cuatro veces”. Revista Machinery Lubrication. Marzo de 2004.
- ANSI / AGMA 9005-F16 Lubricación de engranajes industriales.
- Lawrence G. Ludwig, Jr. “Selección de lubricantes para transmisiones de engranajes encerrados”. Revista Machinery Lubrication. Enero de 2005.
Noria Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América