Los aditivos del aceite proporcionan variados beneficios, pero en algunas circunstancias pueden ser peligrosos para las máquinas en las que se emplean. Por ejemplo, en las cajas de engranajes del tipo corona-sinfín. Esas máquinas tienen engranajes compuestos de metales amarillos (típicamente bronce). Ciertos aditivos extrema presión (EP) pueden reaccionar químicamente con algunos metales más suaves, provocando desgaste prematuro e incluso hasta la falla.

Las cajas de engranajes tipo corona-sinfín están compuestos principalmente de dos unidades: el sinfín y la corona. El sinfín es el que mueve a la corona. Es un rodillo con un maquinado helicoidal en su superficie que le permite engranar con los dientes de la corona para efectuar el movimiento rotatorio.

62%

de los profesionales de la lubricación usan aceites extrema presión (EP) para lubricar engranajes tipo corona-sinfín, de acuerdo con una encuesta reciente efectuada por la revista machinerylubrication.com

Esas cajas de engranajes son buenas para lograr altas relaciones de reducción, así como alto torque. A fin de incrementar esos valores, la corona se fabrica en un diámetro más grande. Mientras más grande es el diámetro de la circunferencia de la corona, mayor es la relación de reducción de velocidad y mayor el torque que se impartirá por el eje de salida.

Generalmente, el sinfín se fabrica en acero, mientras que la corona está hecha de un metal amarillo. Sin embargo, en algunos casos, tanto la corona como el sinfín son de acero, o ambas son de metales amarillos. El sinfín siempre es más duro que la corona.

Los metales amarillos, como lo sugiere su nombre, son de color amarillento. Son aleaciones que contienen cobre. Una definición estándar sería un tipo de latón que contiene alrededor de 60% de cobre y 40% de zinc. El bronce es otro tipo de metal amarillo. Estas aleaciones se han empelado por siglos para fabricar engranajes y otros componentes de máquinas simples.

Ensayo de corrosión de la tira (lámina) de cobre

Una manera sencilla de determinar qué forma de azufre se está utilizando en su aceite EP es viendo los resultados del ensayo de corrosión a la tira (lámina) de cobre (ASTM D130). En este ensayo, se sumerge un tira de cobre en el fluido de prueba a 40°C y después a 100°C. Se saca la tira después de cada ensayo y se inspecciona la decoloración del cobre. Los resultados fluctúan desde muy poco o nulo manchado (1a) siguiendo la escala de colores, hasta manchado obscuro (4c). Si los resultados están en el área de 1b a 2a, entonces los metales amarillos de su engranaje corona-sinfín podrían estar en riesgo de ataque químico.

Imagen 1 – Estándares del ensayo de corrosión de la tira de cobre
Imagen 1 – Estándares del ensayo de corrosión de la tira de cobre

Los aditivos EP que contienen azufre provocan el mayor daño a estos tipos de metales. Pueden emplearse dos diferentes tipos de azufre en esos aditivos. El primer tipo es el azufre activo. En este estado, el azufre reacciona con las superficies metálicas para formar un jabón metálico dúctil que se sacrifica y permite que las superficies en movimiento relativo entren en contacto con mínimo daño. El azufre activo es químicamente agresivo, y como los metales amarillos son más suaves que el acero, comenzarán a formarse picaduras y lajas por el ataque químico.

El aumento en la temperatura puede incrementar la velocidad de reacción. Esto se explica por la regla de la tasa de Arrhenius, que establece que la velocidad de la reacción química se duplica por cada incremento de 10°C (18°F) en la temperatura del aceite.

El segundo tipo de azufre empleado dentro de los aditivos EP es azufre inactivo, el cual tiene menos probabilidad de fijarse a la superficie y reaccionar químicamente.

El azufre activo presente en algunos aditivos EP reacciona con el cobre presente en el latón o bronce. El azufre, cuando entra en contacto con el cobre en presencia de calor, forma sulfuro de cobre. Esta simple reacción química puede tener efectos devastadores en la confiabilidad de las máquinas. En situaciones de extrema presión, puede formarse bisulfuro de cobre. Ambas formas cristalinas de cobre son muy duras y pueden causar daño abrasivo a las superficies suaves de la máquina.

Imagen 2 – Engranaje tipo corona y sinfín
Imagen 2 – Engranaje tipo corona y sinfín

Con todos los riesgos asociados con el ataque químico sobre los metales amarillos, ¿por qué fabricar engranes empleando ese tipo de metales como primera opción? El latón y el bronce son fáciles de maquinar en diferentes formas y además tienen buena dureza y resistencia. Todo esto tiene que ver con economía. Cuando toma en cuenta los costos de la materia prima y el maquinado, los metales amarillos son una alternativa costo-eficiente en comparación con el acero.

Imagen 3 – Los aditivos EP pueden dañar a la corona, que comúnmente es de bronce
Imagen 3 – Los aditivos EP pueden dañar a la corona, que comúnmente es de bronce

Además, las propiedades del latón fácilmente cambian al incorporar distintos metales en la metalurgia. Por ejemplo, puede añadirse plomo para mejorar el maquinado. Para mejorar la resistencia a la corrosión, puede agregarse a la aleación aluminio o estaño. Las posibilidades son interminables para los tipos de aleaciones que puede hacerse con bronce y latón.

Entendiendo algo de química y leyendo la hoja de datos del producto que introduce en sus cajas de engranajes, puede incrementar la confiabilidad. Al añadir aceites EP a cajas de engranajes con metales amarillos, recuerde revisar el resultado del ensayo de la tira (lámina) de cobre (ASTM D130) para ayudarle a predecir si habrá algún problema de compatibilidad con la metalurgia de esas máquinas.

Wesh Cash, Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América
Publicado en la revista Machinery Lubrication (6/2012)