Características y Funciones de un Lubricante

En el post anterior desarrollaba conceptos para que nos ayuden a comprender los fenómenos de la fricción, desgaste y cómo tratar de disminuirlos aplicando el lubricante en el lugar requerido, en la cantidad correcta y en el momento preciso.

En él, me refería al concepto Nº 1 Tribología, hoy me quiero referir al Nº 2 Características y Funciones de un Lubricante

Los 5 conceptos serían:

1) Tribología

2) Características y Funciones de un Lubricante 

3) Lubricación Hidrodinámica (fricción deslizante)

4) Lubricación Elasto-Hidrodinámica (fricción de rodado)

5) Lubricación de Película Mixta

2) Características y Funciones de un Lubricante

La función principal de un lubricante es la separación de dos superficies con deslizamiento relativo entre sí, de tal manera de aminorar el desgaste y las pérdidas de energía; se intenta con ello que el proceso de deslizamiento sea con el rozamiento más pequeño posible. 

Para conseguir esto se intenta, siempre que sea posible, que haya una película de lubricante de espesor suficiente entre las dos superficies en contacto para evitar el desgaste. 

El lubricante ejerce, además, otras funciones: 

Proteger las superficies de metal contra herrumbre y corrosión.

Al formar una capa protectora sobre la superficie de los componentes, los lubricantes proporcionan protección contra la herrumbre y la corrosión.

Controlar la temperatura y actuar como agente de transferencia de calor.

Los lubricantes fluidos absorben el calor en el punto en que este se genera, de tal forma que pueda disiparse naturalmente o ser removido por un intercambiador de calor u otro sistema de enfriamiento.

Enjuagar y arrastrar los contaminantes.

Los lubricantes fluidos recogen los contaminantes y los transportan al tanque o depósito, en donde pueden asentarse por gravedad o los conducen a un filtro o separador en donde son removidos.

Transmitir potencia hidráulica.

En sistemas hidráulicos, el fluido es el medio por el cual la energía se transmite para hacer actuar los cilindros, válvulas, motores etc.
Absorber o amortiguar golpes.
Formar sellos.

 

 

Tipos de lubricantes

 

Hay tres categorías principales de lubricantes:

 

Lubricantes Fluidos: Se puede considerar cualquier tipo de fluido tal como el agua, el aceite vegetal, animal y mineral, etc. El más utilizado en la actualidad es el aceite mineral que está constituido por una base lubricante (aceite de petróleo) y aditivos.

 

Lubricantes Semisólidos: Son compuestos que por su consistencia permiten que la película lubricante permanezca durante más tiempo en la superficie (Ej.: grasas).

 

Lubricantes Sólidos: Estos dan origen a películas lubricantes que reaccionan químicamente con la superficie, tales como el grafito, y originan coeficientes de fricción muy bajos.

 

Teniendo en cuenta su uso deberá tener diferentes características.

 

Así, mientras los aceites para motores, sometidos a grandes variaciones térmicas de precisan un elevado índice de viscosidad, es decir, una viscosidad poco sensible a la temperatura y unas buenas propiedades antioxidantes y de detergencia, los aceites para engranajes, que han de resistir grandes cargas, requieren de unas características particulares de «extrema presión» (EP) y los aceites para turbinas de vapor, una elevada estabilidad, un buen poder antiherrumbre y unas buenas características de desemulsibilidad.

 

De todas maneras, lo que nos interesa a nosotros es mejorar el rendimiento, reducir el consumo, y alargar la vida de los componentes de los mecanismos que dependen de lubricación.

 

Estructura Básica de los Lubricantes

 

Los aceites lubricantes están compuestos por:

 

Una base lubricante + aditivos

 

Sea el tipo de lubricante que sea, siempre se empieza con la "base", que es el componente más importante del aceite. Puede ser derivada del petróleo, sintética ó vegetal. La utilización de uno u otro tipo de base lubricante depende de las condiciones de operación del equipo o máquina.

 

Define su viscosidad y le da propiedades físico-químicas importantes al aceite, como las de demulsibilidad, antidesgaste, antiespumante, antioxidante, índice de viscosidad, biodegradabilidad y toxicidad entre otras.

La base lubricante

La base se prepara con un proceso de refinado. El refinado es una especie de destilación de elementos componentes de la materia prima que son evaporados a distintas temperaturas y condensados en distintos receptáculos.

 

Todos los lubricantes base, eventualmente se oxidan y se degradan, por esta razón, una vez obteniendo el lubricante básico, se le agregan aditivos antioxidantes y anticorrosivos, que son absolutamente necesarios para brindar resistencia a la corrosión a los metales,  con los que el lubricante va a estar en contacto y resistencia a la oxidación para el lubricante mismo. 

 

La mayoría de los aceites base derivan del petróleo crudo y que puede ser de tres tipos diferentes: nafténicos, parafínicos y aromáticos.

 

El crudo más típico es el crudo nafténico. Es fácil de destilar y refinar, y produce buen rendimiento por litro de petróleo. La mayoría de los lubricantes refinados actualmente son de este origen.

 

El crudo parafínico produce los mejores lubricantes derivados del petróleo.

 

La parafina no es lo que hace que el aceite sea mejor, incluso la parafina es extraída durante el refinado. 

 

El aceite refinado proveniente del crudo parafínico posee una estructura molecular de cadenas largas que hace al aceite más difícil de "romper". Las cadenas largas proveen además, más lugares en la cadena para agregar aditivos.

 

Hay que tener en cuenta que no siempre las cadenas largas son ideales para todos los usos. Por ejemplo, en el caso de lubricantes para equipos refrigerantes es preferible usar el aceite de origen nafténico ya que circula mejor a bajas temperaturas.

 

El crudo aromático no se usa casi para lubricantes.

 

Los Aditivos

Son componentes químicos que se le adicionan a la base lubricante con el fin de mejorarle una o más propiedades o de darle otras nuevas. Podemos pensar los aditivos como el material de sacrificio en el aceite lubricante.

 

Características de los aditivos

 

Las más importantes son:

 

a) Disminuir la velocidad a la cual ocurren determinadas reacciones, como por ejemplo la oxidación que resulta indeseable en el aceite durante su período de servicio.

b) Mejorar la estabilidad de la película lubricante garantizando que cambia menos con las variaciones en la temperatura de operación.

c) Proteger las superficies lubricadas de la agresión de ciertos contaminantes como el agua, ácidos, etc.

d) Mejorar las propiedades físico-químicas del aceite o proporcionarle otras nuevas.

 

Desde principios de siglo pasado, con la necesidad de las distintas industrias del diseño de nuevas maquinarias, para su utilización en nuevos procesos industriales que involucraban altas cargas, bajas velocidades y temperaturas extremas se llegó a la conclusión que las bases lubricantes utilizadas hasta entonces como aceites lubricantes, no tenían las características y propiedades suficientes para proteger adecuadamente los mecanismos de dichas máquinas.

 

Era necesario por lo tanto agregarle a estas bases lubricantes otros componentes que les mejoraran las propiedades que ya tenían o les dieran otras nuevas que se requerían.

 

Solo a partir de 1922 estas ideas teóricas se llevaron a la práctica ya que hasta ese momento  no se habían logrado resultados  satisfactorios y era difícil producirlos. A estas sustancias se les dio el nombre de aditivos.

 

Los primeros aditivos fueron del tipo anti-desgaste y diez años más tarde se empezaron a utilizar los aditivos detergentes-dispersantes en los aceites para automóviles, pero aun estaban muy lejos de garantizar un buen nivel de limpieza en los mecanismos lubricados.

 

Fue después de 1945 cuando la industria química logró grandes desarrollos en el campo de los aditivos y se empezaron a producir lubricantes minerales aditivados con buenos niveles de funcionamiento.

 

Debido a los nuevos diseños y operación de las máquinas modernas ha surgido la necesidad de formular lubricantes de óptima calidad que sean capaces de mantener sus propiedades bajo cualquier tipo de situación.

 

Hoy en día, todos los tipos de aceites contienen al menos un aditivo y en general utilizan varios tipos diferentes de ellos.

 

El porcentaje por volumen de aditivos utilizados en un aceite varía entre el 0,1 %, en aceites utilizados en transformadores, hasta el 30% en aceites para uso de motores. Son de excelente calidad y se utilizan tanto en la formulación y fabricación de aceites minerales como en los sintéticos y vegetales.

 

Mientras los aditivos realicen su función, la base lubricante no se deteriora si no se contamina, pero una vez que estos se agotan, la base lubricante inicia su proceso de degradación más o menos acelerado iniciándose el proceso que se conoce como oxidación del aceite, en el cual se forman lacas, barnices y gomas ácidas, que conllevan a que finalmente el aceite se torne ácido y sea necesario cambiarlo.

 

Los aditivos pueden ser de diferentes tipos dependiendo de lo que se quiera mejorar en el aceite base. Cada uno de ellos puede mejorar o darle nuevas propiedades como las antidesgaste, antiespumantes, antiemulsionantes, Extrema Presión, mejoradores del índice de viscosidad, detergentes-dispersantes, etc.

 

Debemos tener en cuenta que un aceite base de baja calidad se va a degradar mucho más rápido que un lubricante hecho con los mismos aditivos pero con una mejor materia prima.

 

A su vez, una buena materia prima combinada con aditivos de baja calidad va a producir un lubricante que no posee todo su "potencial".

 

Norberto Sánchez