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Centro América y CaribeLa Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM, por sus siglas en inglés) define a una grasa lubricante como: “Un producto sólido o semifluido producto de la dispersión de un agente espesante en un líquido lubricante. Se le pueden incluir otros ingredientes que le pueden impartir propiedades especiales” (ASTM D4175-09, terminología estándar relacionada con el petróleo, productos de petróleo y lubricantes).
Más del 95 por ciento de los componentes de las máquinas son lubricados con aceite, no porque sea mejor, sino porque tiene una gran variedad de propiedades. La grasa generalmente es usada solo si no se puede usar aceite, donde sellar el punto de lubricación puede resultar problemático o costoso. Típicamente, la grasa es utilizada en la lubricación de rodamientos, con cerca del 80 por ciento de ellos lubricados con grasa.
Aplicaciones
La aplicación de grasa puede ser algunas veces muy compleja, pero adquirir un poco de conocimiento puede ayudar significativamente. Por ejemplo, en equipos de construcción donde el ambiente es muy severo es común encontrar humedad, suciedad, sellos defectuosos y altas cargas. En esta situación, se necesita una grasa resistente al agua, tenaz, con una buena protección antiherrumbrante y alta resistencia de película. Las grasas de bario se adaptan muy bien, al igual que las grasas de litio 12-hidroxi (usualmente con polímeros). También se pueden utilizar algunas grasas específicamente formuladas con un espesante a base de aluminio complejo.
Los rodamientos (de bolas, rodillos, agujas, etc.) normalmente están expuestos a menos contaminación, pero experimentan amplias variaciones en velocidad y temperatura. En esta situación se requiere una grasa con una excelente estabilidad mecánica (con ablandamiento y endurecimiento muy leves), excelente resistencia a la oxidación (larga vida) y desempeño en un amplio rango de temperaturas. Cuando la temperatura no excede los 120 °C, las grasas de litio 12-hidroxi son las más utilizadas. Cuando la temperatura es más elevada o se requiere de mayores intervalos de servicio, pueden utilizarse grasas a base de litiocomplejo o poliurea.
En contactos deslizantes como en las juntas homocinéticas automotrices, cojinetes, engranajes, etc., se requieren grasas con propiedades de extrema presión y antidesgaste al igual que una película lubricante tenaz para evitar el deslizamiento, el lavado por agua o ambos. En esta clase de aplicación, es común el uso de lubricantes sólidos para prevenir el desgaste, siendo el bisulfuro del molibdeno el aditivo sólido predominante. Aquí, una buena selección incluye el uso de grasas de litio 12-hidroxi, litio complejo, bario complejo y aluminio complejo.
Como puede notar, hay diferentes tipos de aplicaciones y entornos operacionales, así como muchos tipos y marcas de grasas que pueden ser utilizadas en estas máquinas y condiciones. Por lo tanto, una buena grasa será aquella que tenga el mejor desempeño para usted y su máquina.
La mayoría de las fallas de los componentes lubricados con grasa caen dentro de estas cuatro categorías:
- La selección y aplicación de tipo de grasa incorrecto
- Incompatibilidad, dando como resultado un excesivo ablandamiento
- La contaminación, que produce un excesivo desgaste
- Aplicación incorrecta de la cantidad de grasa (mucha o poca)
La falta de grasa puede causar una falla, pero el exceso de grasa es a menudo la causa principal de falla, ya que una excesiva cantidad de grasa origina alta temperatura, lo cual promueve la oxidación de la grasa.
Factores importantes en la selección de una grasa
Al seleccionar una grasa debe tener en cuenta la aplicación y las condiciones de operación donde la grasa beberá trabajar. Para comprender mejor lo que sucede dentro de una buena grasa, hay que concentrarse en sus componentes, incluyendo el tipo de aceite básico y su viscosidad, así como del tipo de espesante.
Viscosidad del aceite base
El aceite base es un componente de la grasa que proporciona la separación esencial entre dos superficies que pueden entrar en contacto. Por lo tanto, seleccionar la viscosidad correcta es muy importante. Una forma común de identificar la viscosidad adecuada es determinar primero el factor de velocidad (NDm), que se calcula a partir de la velocidad del rodamiento (revoluciones por minuto) multiplicada por el diámetro medio del rodamiento (Diámetro interior mas diámetro onterior entre 2, en mm). Cuando aumenta la velocidad del rodamiento, también aumenta el factor de velocidad. Si la velocidad del rodamiento y el factor de velocidad aumentan, la viscosidad correspondiente para la aplicación deberá disminuir.
Como se ve en la Tabla 1, una viscosidad del aceite base inferior a 70 centiStokes (cSt) a 40 oC es ideal cuando se aproxima a un factor de velocidad de 600,000.
Debido a que las aplicaciones de alta velocidad tienden a tener temperaturas más altas y, por lo tanto, una vida útil más corta de la grasa, las propiedades generales de la grasa deben diseñarse para soportar estas condiciones.
La viscosidad de trabajo dependerá de las temperaturas de operación reales. Con un factor de velocidad de 400,000 y temperaturas de operación inferiores a 60 oC, puede requerirse una viscosidad mínima de 15-22 cSt. Si la temperatura de operación es más cercana a 100oC, puede ser necesario una viscosidad mínima de 32-46. Una mayor viscosidad es aceptable y puede contribuir a una mejor protección siempre y cuando no sea excesiva y no provoque temperaturas extremas, una descomposición prematura de la grasa o una falla del rodamiento. Por lo tanto, con frecuencia se selecciona una viscosidad ISO VG 68 o superior en estas aplicaciones.
El tipo de espesante, la concentración y la consistencia (número NLGI) también deben ser tomados en consideración. Debido a los muchos factores a considerar, no es raro ver grasas etiquetadas específicamente para aplicaciones de alta temperatura o alta velocidad. Una vez más, esto indica que la grasa ha sido formulada para trabajar en estas condiciones. Por ejemplo, la estabilidad mecánica de una grasa, la resistencia a la oxidación, la protección contra el desgaste y la corrosión, etc., son muy importantes para las aplicaciones de alta velocidad.
Tipo de aceite básico
El tipo de aceite básico es determinado por las condiciones donde la grasa va a desempeñarse, tales como alta o baja temperatura, cargas y presiones. Las cargas y la presión no sólo tienen influencia en el tipo de aceite básico, también influyen en el paquete de aditivos (antidesgaste, extrema presión, etc.). Mientras que los aceites sintéticos tienen un mejor comportamiento en un amplio rango de temperatura y condiciones de operación, los aceites básicos minerales pueden ser utilizados si se tienen condiciones de operación a temperatura constante.
Tipo de espesante
La mayoría de la gente cree que el espesante es la parte lubricante de la grasa, pero en realidad es lo que mantiene el lubricante en su lugar, como una esponja. Un buen espesante debe ser compatible con las recomendaciones dadas por el fabricante del equipo y ser capaz de soportar las condiciones de operación donde debe desempeñarse. Hay muchos tipos de espesantes, la mayoría no son compatibles y no deben mezclarse. Los espesantes más comunes son litio, litio complejo, aluminio complejo y poliurea.
Compatibilidad
La incorrecta selección y aplicación del tipo de grasa para un buen desempeño en una aplicación específica es una de las mayores causas de falla de la maquinaria. En el tope de esa lista se encuentra la compatibilidad o incompatibilidad de las grasas. Como regla general, mantenga espesantes similares en la misma aplicación (ejemplo litio con litio complejo). De ser posible, no mezcle grasas con diferentes tipos de espesantes. En el últimode los casos, si tiene dudas, no mezcle grasas. Realice pruebas de compatibilidad para disminuir los riesgos de fallas. Cuando ocurre un cambio en el tipo de grasa, es esencial evaluar la mezcla de las dos grasas. El estándar ASTM D6185-11 fue desarrollado para evaluar la compatibilidad de mezclas entre dos grasas lubricantes. Este estándar permite validar tres propiedades específicas de desempeño: punto de goteo, estabilidad mecánica y consistencia. Dependiendo de los resultados, puede ser necesario o no realizar ensayos adicionales para garantizar la compatibilidad de las grasas.
En especial evite situaciones donde se puedan llegar a mezclar grasas hechas con espesantes a base de aluminio complejo, arcilla (bentona) o silicio. El resultado es un ablandamiento excesivo de la grasa. Estos espesantes producen excelentes grasas lubricantes, pero no toleran la mezcla con otras grasas.
La decisión de cambiar un lubricante en una máquina debe ser evaluada cuidadosamente. Con las grasas, a diferencia de los aceites, es muy importante ser cautelosos cuando se cambie de un tipo de grasa a otra. Debido a las propiedades fundamentales de las grasas, es muy difícil remover toda la grasa vieja de un componente antes de introducir grasa nueva, a diferencia de cuando el aceite es drenado de la máquina antes de colocar aceite nuevo.
Debido a estas características, la decisión de usar un nuevo tipo de grasa en una máquina debe tomarse teniendo en cuenta su compatibilidad. La Tabla 2 muestra la compatibilidad entre la mayoría de los tipos de grasas en tres categorías: compatible, compatibilidad al límite y no compatible. La compatibilidad de dos grasas depende del tipo de espesante y de la base lubricante utilizada en su formulación, así como de las propiedades resultantes después de que los dos tipos de grasas se hayan mezclado completamente.
La compatibilidad de las grasas puede ser un tema bastante complicado, aún para el técnico en lubricación promedio. Uno de los errores más comunes se da cuando las especificaciones de la grasa están basadas en el desempeño sin considerar su composición. Esto trae serias consecuencias si dos tipos diferentes de grasas con el mismo desempeño se mezclan y sus composiciones son incompatibles.
Otra preocupación está relacionada con la compatibilidad entre grasas de poliurea y las de jabón de litio simple (y de jabones de litio complejo). Los espesantes de poliurea pueden tener diferentes composiciones, algunas perfectamente compatibles con jabones de litio y otras bastante incompatibles.En especial evite situaciones donde se puedan llegar a mezclar grasas hechas con espesantes a base de aluminio complejo, arcilla (bentona) o silicio. El resultado es un ablandamiento excesivo de la grasa. Estos espesantes producen excelentes grasas lubricantes, pero no toleran la mezcla con otras grasas.
La tabla 2 brinda una forma efectiva para determinar la compatibilidad general entre dos tipos de grasas; sin embargo, cuando se vayan a realizar cambios de grasa en aplicaciones críticas, es necesario realizar pruebas de desempeño para determinar la compatibilidad de las grasas. En muchos casos, dos grasas diseñadas para una misma aplicación pueden tener características detrimentales cuando se mezclan.
Trabajar con el proveedor de grasas debe ser parte del proceso para la toma de decisiones en cuanto a la compatibilidad, ya que ellos pueden tener soluciones para esa aplicación específica donde se requiere realizar el cambio de grasa. Siendo cuidadoso y cauteloso en sus evaluaciones, puede obtener una mayor durabilidad de sus equipos y una disminución significativa en los costos de mantenimiento ocasionados por fallas prematuras.
Qué causa que la grasa se seque
Uno de los principales inconvenientes de la utilización de la grasa en comparación con el aceite es la molesta tendencia de la grasa a secarse. Se sabe que el aceite tiene una tendencia natural a drenarse del espesante de la grasa a través del tiempo. Vemos la evidencia visible de esto cuando el aceite se acumula en las cubetas de grasa nueva que tienen desniveles en su superficie. También se ha visto el goteo de aceite en los cartuchos de grasa almacenada y en rodamientos empacados con grasa en los estantes del almacén.
Más grave es el subproducto endurecido que resulta del drenado del aceite y que se acumulacon el paso del tiempo dentro de las cavidades de los rodamientos y engranajes en operación. Algunas veces tarda años en presentarse, pero en otros casos esta condiciónpuede llegar a niveles catastróficos en apenas unas semanas. La falla puede ser autopropagante. Conforme la grasa se seca, las fuerzas de fricción aumentan, causandocalor concentrado en el rodamiento. La temperatura continúa incrementándose cada vez más rápido y seca por completo la grasa. Con el tiempo, la grasa puede alcanzar un estado de consistencia que va desde una masilla dura a una especie de arena, en función del tipo de espesante y las condiciones de degradación.
A menudo, la mayoría de las condiciones que conllevan a que las grasas se sequen, van acompañadas con otras causas que trabajan en forma concertada.
Causas del secado de las grasas
Contaminación.
La elevada contaminación por polvo, suciedad, cenizas y contaminantes secos similares pueden espesar la grasa en forma similar a la introducción de un agente gelificante.
Grasa incompatible.
La mezcla accidental o deliberada de grasa puede llevar a la acelerada desgelificación y separación del aceite. Hay muchos ejemplos clásicos de esto, como el choque qué se presenta entre la grasa de arcilla orgánica (bentona) con la grasa a base de espesante tipo jabón.
Volatilidad a alta temperatura.
La grasa elaborada a partir de aceites base de baja viscosidad tienen el mayor riesgo de volatilización. A temperaturas suficientemente altas, el aceite puede hervir y salirse del espesante, causando el endurecimiento de la grasa a través del tiempo (menor relación entre el aceite y el espesante y mayor viscosidad del aceite base).
Oxidación del aceite base.
El aceite oxidado puede asumir las características físicas delalquitrán o carbón. La misma transformación puede ocurrir en la grasa. La imagen de la grasa en la figura 1 se produjo a temperatura ambiente debido a la alta concentración de metales catalíticos de cobre en la grasa proveniente de las partículas de desgaste. El cobre oxidó prematuramente el aceite base en la grasa, provocando el espesamiento extremo.
Fuga térmica.
Demasiada grasa en un rodamiento, condiciones mecánicas (carga excesiva, desalineación, etc.), y la escasez de lubricante pueden conducir a altas temperaturas de operación. Esto se asocia más comúnmente con el exceso de lubricación, provocando altas temperaturas por batido. En tales casos, se alcanza el punto de goteo, el rodamiento comienza a sangrar, la grasa se seca y finalmente se produce la falla. La figura 2 muestra un ejemplo de esto.
Escurrimiento mecánico.
Algunos tipos de rodamientos son más propensos a la separación del aceite. Los rodamientos de rodillos esféricos serían un ejemplo. Cuando la grasa es trabajada en exceso por el rodamiento o los engranajes, el aceite puede separarse rápidamente del espesante. Esto se conoce como escurrimiento mecánico. El aceite se exprime como lo hace una esponja mojada. Algunos espesantes tienen buena reversibilidad, mientras que otros no. Una grasa es reversible cuando el aceite se reabsorbe rápidamente en el espesante después de que la carga disminuye. La grasa con espesante a base de aluminio complejo tiene una buena reversibilidad
Extrusión hidrostática.
La grasa bajo la presión constante se puede separar debido a las fuerzas hidrostáticas. Es como el agua que fluye a través de un filtro de arena. La arena permanece fija, pero el agua fluye libremente bajo presión a través de los granos de arena (tamizado). Algunas grasas están formuladas específicamente para resistir la extrusión mediante el uso de espesantes especiales, aceites de base polar, mejoradores del índice de viscosidad (IV), aditivos de adhesividad y concentraciones más elevadas de espesantes. Algunos lubricadores automáticos de un solo punto (tipo resorte) exponen a la grasa a una presión constante, lo que provoca el sangrado y la separación del espesante. El aceite está siendo literalmente exprimido del espesante.
Vibración y fuerzas centrífugas.
La grasa expuesta a vibración prolongada y/o a fuerzas centrífugas también tiende a separar el aceite antes de tiempo. Los acoplamientos mecánicos de alta velocidad pueden dejar secas algunas grasas en un corto período de tiempo si la grasa no es la apropiada. Entre otras cosas, diferencias significativas en el peso específico entre el aceite base y el espesante pueden incrementar drásticamente la separación centrífuga
Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.