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Centro América y CaribeLubricación es una palabra que con frecuencia se utiliza para referirse a la confiabilidad de la maquinaria y su mantenimiento, pero ¿qué es exactamente lubricación? El diccionario define lubricación como la aplicación de una sustancia aceitosa o grasosa a fin de disminuir la fricción. Aunque es una definición válida, no reconoce todo lo que la lubricación logra en realidad.
Qué es un lubricante
Un lubricante es una sustancia que reduce la fricción, el calor y el desgaste cuando se introduce como una película entre superficies sólidas. El uso del lubricante correcto ayuda a maximizar la vida útil de sus rodamientos y maquinaria, ahorrando así dinero, tiempo y mano de obra, lo que hace que las operaciones sean más eficientes y confiables.
Pueden emplearse múltiples sustancias para lubricar una superficie. Las más comunes son aceite y grasa La grasa está compuesta de un aceite (básico y aditivos) y un agente espesante para darle su consistencia, aunque el aceite es quien realmente lubrica. Los aceites básicos pueden ser de origen mineral, vegetal o sintético o de una combinación de ellos.
La aplicación determina cuál aceite básico debe emplearse. En condiciones extremas, pueden ser benéficos los aceites sintéticos. Cuando existe alguna preocupación ambiental, pueden utilizarse lubricantes elaborados con básicos vegetales.
Los lubricantes contienen aditivos que añaden, mejoran o suprimen propiedades del aceite básico. La cantidad de aditivos depende del tipo de aceite básico y la aplicación en que se utilizará. Por ejemplo, un motor de combustión interna contiene un aditivo dispersante.
El dispersante mantiene a la materia insoluble separada y permite sea llevada a los filtros para removerla. En ambientes en donde la temperatura de trabajo cambia de frío a caliente, puede agregarse un aditivo mejorador del índice de viscosidad (MIV). Esos aditivos son moléculas orgánicas de cadena larga que se contraen en condiciones de frío y se expanden en ambientes de alta temperatura. Este proceso cambia la viscosidad del aceite y le permite fluir mejor cuando está frío, mientras que mantiene sus propiedades cuando se calienta. El único problema con los aditivos es que pueden agotarse, y para restaurarlos a niveles adecuados, por lo general debe sustituirse el aceite.
El objetivo clave de la lubricación es reducir la fricción, pero hay muchos otros beneficios de este proceso. La película lubricante puede ayudar a prevenir la corrosión protegiendo las superficies del contacto con el agua y otras sustancias corrosivas. Además, juegan un rol importante en el control de la contaminación dentro del sistema. El lubricante funciona como un conductor que transporta los contaminantes a los filtros, en donde pueden ser removidos.
También ayudan a controlar la temperatura absorbiendo el calor de las superficies y transfiriéndolo a puntos de menor temperatura en donde pueda disiparse o a intercambiadores de calor.
¿Qúe es la lubricación?
Para comprender qué es la lubricación, primero debe comprender por qué la usamos. La fricción es la fuerza que resiste el movimiento relativo entre dos cuerpos en contacto. Si no existiera la fricción, nada dejaría de moverse. Necesitamos fricción para funcionar, pero hay casos en los que desea poder reducir la cantidad de fricción presente.
Cuando frota sus manos juntas, crea calor debido a la fricción entre las superficies deslizantes de sus manos. Ahora imagine frotarse las manos 3600 veces por minuto: ¡sus manos estarían ardiendo!
Se genera calor similar por fricción en su maquinaria. Si el lubricante en su máquina no se ha seleccionado adecuadamente teniendo en cuenta las temperaturas de funcionamiento estándar, carga, velocidad, etc., puede producirse una falla catastrófica.
Sus rodamientos podrían quedar sin lubricante al detener la máquina o si la máquina está demasiado caliente. En estas condiciones, los rodamientos podrían quedarse pegados. Esto sería muy costoso si considera el tiempo perdido, la mano de obra utilizada y la reparación o compra del equipo.
Para evitar fallas de esta naturaleza, lubricamos nuestra maquinaria para minimizar la resistencia al movimiento y, como resultado, minimizar la cantidad de calor producido.
Hay muchas consideraciones que deben aplicarse al seleccionar el tipo de lubricante que necesitamos usar: viscosidad, aditivos necesarios, propiedades, etc.
En situaciones en las que la capa de película tiene un grosor de unos pocos micrones, se podría imaginar que cualquier contaminante presente puede crear daños importantes, por lo que tratamos de eliminar la mayor cantidad posible. Si bien podemos controlar la cantidad de contaminación que ingresa a un sistema mediante el uso de sellos, filtros y otros controles, es imposible eliminar por completo el desgaste de la maquinaria, incluso con las mejores películas lubricantes.
Entonces, ¿qué hacemos con las partículas de desgaste que no podemos evitar? Ciertos aditivos en el lubricante serán atraídos por estos contaminantes, los mantendrán suspendidos en el lubricante y los transferirán a los filtros u otros separadores instalados en el sistema donde serán eliminados.
Finalmente, la mayoría de las superficies no se ven completamente afectadas por la humedad. Entonces, ¿qué significa cuando el agua y el aire entran en contacto con el metal? Corrosión, y como todos sabemos, eso no es bueno para la operación de la máquina. Entonces, ¿cómo ayuda un lubricante con este problema?
Existen diferentes aditivos, de funcionamiento similar a los aditivos utilizados para el control de la contaminación, que evitan que las superficies metálicas entren en contacto con el agua. Esto evita la producción de corrosión, evitando daños en las superficies metálicas de la máquina.
Película lubricante
Hay tres tipos de películas lubricantes: película límite, película mixta y película gruesa. Cada una de ellas es diferente, pero todas dependen del aceite básico y los aditivos para proteger contra el desgaste.
La lubricación a película gruesa puede dividirse en dos tipos: hidrodinámica y elastohidrodinámica. La lubricación hidrodinámica se presenta cuando dos superficies en movimiento deslizante (en movimiento relativo entre ellas) están totalmente separadas por una película de fluido. La lubricación elastohidrodinámica es similar, pero se da cuando las superficies están en movimiento rotatorio (una con respecto de la otra).
La película en condición elastohidrodinámica es mucho más delgada que en la lubricación hidrodinámica. Se llama así porque la película deforma elásticamente la superficie rodante para lubricarla.
Aún las superficies más pulidas y lisas presentan algunas irregularidades. Estas sobresalen de las superficies formando picos y valles a un nivel microscópico. A esos picos se les llama asperezas o rugosidades. A fin de lograr condiciones de lubricación de película completa, la película lubricante debe ser más gruesa que la longitud de las asperezas. Este tipo de lubricación protege las superficies en forma más efectiva y es el más deseado.
La lubricación a película límite se presenta cuando hay frecuentes arranques y paradas, o en donde existen condiciones de cargas de choque. Algunos aceites tienen aditivos extrema presión (EP) o antidesgaste (AW) para ayudar a proteger las superficies en el caso de que no se
logre la película completa debido a la velocidad, carga y otros factores. Estos aditivos se adhieren a las superficies metálicas y forman una película de sacrificio que protege al metal del desgaste. La lubricación a película límite se presenta cuando las dos superficies entran en contacto de forma tal que sólo el EP o AW son lo único que las protegen. Esto no es lo ideal, puesto que causa alta fricción, calor y otros efectos no deseados.
La lubricación a película mixta es una mezcla de la lubricación a película límite y la hidrodinámica. Aun cuando gran parte de la superficie está separada por una película lubricante, las asperezas aún hacen contacto entre sí. Nuevamente los aditivos entran en acción.
Comprendiendo este proceso, debe ser más fácil definir qué es realmente lubricación. Es un proceso que separa o protege las superficies de tal manera que se reduzca la fricción, el calor, el desgaste y el consumo de energía. Esto puede lograrse por medio de aceites, grasas, gases y otros fluidos.
Regímenes de lubricación
Controlar la fricción y reducir el calor son solo algunas de las razones por las que utilizamos lubricantes. Si observa con un microscopio dos superficies que se mueven una sobre la otra, vería algo parecido a dos cadenas montañosas que se rozan entre sí.
A medida que esto sucede, las piezas del material más débil se desprenden y crean partículas abrasivas más pequeñas, lo que da como resultado más partículas abrasivas en circulación, que continúan creando más abrasión. Es un círculo vicioso, y la forma en que evitamos que esto ocurra es creando una película lubricante.
Dos de los tipos preferidos y más comunes de películas lubricantes relacionadas con los fluidos son la hidrodinámica (HD) y la elastohidrodinámica (EHD).
La película hidrodinámica está presente entre los contactos deslizantes. El ejemplo más común sería un cojinete.
Cuando el eje está quieto, se asienta en la parte inferior del cojinete, pero cuando comienza a moverse, intenta “trepar” por el costado del cojinete. La capa microscópica del lubricante crea fricción entre sí y forma una cuña de aceite entre el eje y el cojinete, protegiendo ambas superficies. Esta película tiene un grosor que varía entre 5 a 200 micrones, pero que típicamente está entre 5 a 20 micrones.
La película elastohidrodinámica está presente en los contactos rodantes, como los rodamientos de bolas o los rodamientos de rodillos. En esta situación, el material más blando constituye el elemento rodante que en realidad se deforma por una fracción de segundo para agrandar el área de contacto entre las superficies de contacto.
Aquí, el espesor de la película de aceite es de un micrón o menos y la presión en la zona de contacto puede alcanzar las 500,000 psi, lo que nos lleva a otra razón para aplicar lubricación: necesitamos minimizar las partículas extrañas que pueden causar daños a esta área.
Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.