Grasas y aceites lubricantes
1. Introducción
No existe en el mundo máquina alguna que por sencilla que sea no requiera lubricación, ya que con esta se mejora tanto el funcionamiento, como la vida útil de los equipos y maquinarias.
En el siguiente trabajo de investigación se ha querido estudiar las grasas y aceite lubricantes, desde su obtención a partir de las materias primas hasta sus diferentes usos, aplicaciones, especificaciones e importancia en el creciente mundo industrial.
Objetivo General
Conocer directamente un proceso industrial y la reacción química que ocurre en este.
Objetivos Especificos
Desarrollar la capacidad de gestión y liderazgo.
Poner en práctica los pasos que se deben realizar en el desarrollo de un trabajo investigativo.
Analizar y comprender cada una de las etapas del proceso obtención de grasas y aceites lubricantes.
Saber que clase de reacción química se lleva a cabo en el proceso de fabricación de las grasas y aceites lubricantes.
Explicar la importancia que tienen los lubricantes en las partes mecánicas de un equipo máquina.
Conocer las variables que se deben tener en cuenta para el control de calidad de las grasas y aceites lubricantes.
2. Grasas y aceites lubricantes
Cuando dos cuerpos sólidos se frotan entre sí, hay una considerable resistencia al movimiento sin importar lo cuidadosamente que las superficies se hayan maquinado y pulido. La resistencia se debe a la acción abrasiva de las aristas y salientes microscópicas y la energía necesaria para superar esta fricción se disipa en forma de calor o como desgaste de las partes móviles. La fricción se puede reducir por el uso de partes móviles con energía de superficie baja que se deslizan con facilidad una sobre otra. El polietileno, el nylon y el olitetrafluoretileno tienen energías de superficies bajas. Aunque estos materiales son útiles en aplicaciones especializadas, es más usual emplear lubricantes para reducir la fricción.
Históricamente, el primer lubricante fue el sebo. Se utilizaba para engrasar las ruedas de los carros romanos ya en el año 1400 a.C. En la actualidad los lubricantes suelen clasificarse de acuerdo con sus necesidades, en grasas y aceites. Estas dos clases de lubricantes aparecieron teniendo en cuenta factores tales como velocidades de operación, temperaturas, cargas, contaminantes en el medio ambiente, tolerancias entre las piezas a lubricar, períodos de lubricación y tipos de mecanismos; la grasa generalmente se utiliza en la lubricación de elementos tales como cojinetes de fricción y antifricción, levas, guías, correderas y piñonería abierta.
El aceite, por su parte, tiene su mayor aplicación en la lubricación de compresores, motores de combustión interna, reductores, motorreductores, transformadores, sistemas de transferencia de calor, piñonería abierta, cojinetes de fricción y antifricción y como fluidos hidráulicos. Existen diferentes grados de grasas y aceites dependiendo de la necesidad que se tenga y de los factores de operación. Una mala sección es tan peligrosa como si se hubiese dejado el mecanismo sin lubricante alguno. Muchas de las fallas que ocurren en este campo tienen su origen aquí; de ahí la seguridad que se debe tener cuando se seleccione un lubricante.
Grasas Lubricantes
Concepto
La grasa es un producto que va desde sólido a semilíquido y es producto de la dispersión de un agente espesador y un líquido lubricante que dan las prosperidades básicas de la grasa. Las grasas convencionales, generalmente son aceites que contienen jabones como agentes que le dan cuerpo, el tipo de jabón depende de las necesidades que se tengan y de las propiedades que debe tener el producto.
La propiedad más importante que debe tener la grasa es la de ser capaz de formar una película lubricante lo suficientemente resistente como para separar las superficies metálicas y evitar el contacto metálico.
Existen grasas en donde el espesador no es jabón sino productos, como arcillas de bentonita. El espesor o consistencia de una grasa depende del contenido del espesador que posea, puede fluctuar entre un 5% y un 35% por peso según el caso.
El espesador es el que le confiere propiedades tales como resistencia al agua, capacidad de sellar y de resistir altas temperaturas sin variar sus propiedades ni descomponerse.
Proceso De Obtención De La Grasa
Equipos utilizados en el proceso de fabricación de grasas.
Reactor: Es un sistema cerrado que permite que dos o más compuestos reaccionen entre sí para formar un producto.
Mezclador: Es un tanque dotado con una hélice que permite que dos o más compuestos se mezclen para obtener un producto final.
Serpentín: Es un tubo o un conjunto de tubos adaptado a un sistema, que permite llevar a cabo un proceso de transferencia de calor.
Molino: Es un equipo dotado de un par de discos giratorios separados
milimétricamente uno del otro, los cuales permiten el paso forzado de un producto altamente viscoso para proporcionarle unas condiciones requeridas.
Desairador: Es un equipo cuya función es eliminar las moléculas de aire que involuntariamente se introducen en un producto.
Bases Naftenicas (CnH2n). Es una base lubricante que determina la mayor parte de las características de la grasa, tales como: viscosidad, índice de viscosidad (I.V), resistencia a la oxidación y punto de fluidez.
Frecuentemente contienen una elevada proporción de asfalto; a altas temperaturas son menos estables que las parafificas. Generalmente no deben usarse temperaturas por encima de los 65oC.
Saponificación. Es un proceso por medio del cual una grasa (o algún otrocompuesto de un ácido con alcohol) reacciona con un ÁLCALI, para formar un jabón, glicerina u otro alcohol.
Las propiedades de los jabones dependen de los ácidos grasos y de las bases metálicas utilizadas en la saponificación, esto se puede verificar mediante la reacción.
HOOCR + MOH RCOOM + H2O
Ácido graso Base metálica Jabón Agua
Las bases metálicas son las que dan las características que se quieren lograr en la grasa, Así: las de calcio, aluminio y litio imparten buena resistencia a la acción del agua y a la humedad, mientras que las de sodio permiten soportar altas temperaturas.
Las deficiencias que puedan tener las grasas se pueden modificar mediante la adición de aditivos.
Descripción del proceso: El proceso de fabricación de una grasa inicia en un reactor donde se colocan a reaccionar un ácido graso, (animal o vegetal) con una base metálica como litio, sodio, calcio, aluminio, (saponificación). El producto obtenido de esta reacción llamado espesador o jabón es transportado hacia un mezclador donde se le adiciona el aceite lubricante (aditivos y base naftenica) proveniente de unos tanques de almacenamiento y que le dará al producto la consistencia requerida. Posteriormente por un filtro; el molino se encarga de darle a la grasa acabado, el cual consiste en proporcionarle a esta fibra y brillo.
Durante el paso por el molino, la grasa es agitada y absorbe burbujas de aire, las cuales son eliminadas posteriormente en un desairador que ayuda también a mejorar la presentación de la misma.
Cabe aclarar que no todas las grasas pasan por estos dos últimos equipos (molino, desairador), sino únicamente aquellas de fibra (litio, sodio, aluminio, etc.); porque las elaboradas a base de jabón de calcio son de textura muy suave y utilizadas para trabajos a temperaturas bajas (180oC), y al pasarla por el molino la fricción interna de este aumenta la temperatura cambiándole su estado.
Para concluir el proceso, el producto obtenido es transportado (bombeo) hacia la zona de envasado, pasa por último distribuirlo en sus diferentes presentaciones.
3. Control de calidad
Pruebas que se realizan a las grasas
Prueba de extrema presión: Esta prueba se realiza para verificar la capacidad que tienen las grasas y los aceites para soportar carga. Consiste en colocar dos elementos metálicos giratorios en contacto y por el medio de ellos. El lubricante a prueba, aplicándoles una fuerza externa que se va aumentando proporcionalmente hasta que se frene los elementos metálicos. En ese momento se mide cuánta presión hay y el tipo de desgaste que se generó en la pieza.
Una grasa que tenga un aditivo de extrema presión debe superar las 150 lbf/ft presentando el más mínimo desgaste en las piezas.
Prueba de consistencia: La consistencia de las grasas se expresa de acuerdo con la cantidad de espesante y viene dada por la NLGI (National Lubricating Grease Institute) que las clasifica de acuerdo con la penetración trabajada. Para determinar ésta, se llena una vasija especial con grasa y se lleva a una temperatura de + 77oF (25oC). La vasija se coloca debajo de un cono de doble ángulo cuyo peso está normalizado (penetrómetro), la punta del cono toca apenas la superficie de la grasa, se suelta el cono y al cabo de cinco segundos se determina la profundidad a la cual ha penetrado el cono dentro de la grasa, se conoce como penetración y se mide en décimas de milímetro. La penetración es solamente la medida de la dureza a una temperatura específica.
La penetración de la grasa se puede dar en base a dos situaciones: Cuando ha sido trabajada y sin trabajar.
Penetración trabajada: Para determinar la penetración trabajada es necesario que la muestra de grasa haya sido sometida a 60 carreras dobles de un pistón, en un trabajador de grasa patrón como el de la Fig. 1. Este consiste en un disco perforado (pistón) que al subir y bajar dentro del cilindro, hace que la grasa pase de un lado a otro, hasta completar 60 carreras dobles, en este momento se considera que se han simulado las condiciones a las cuales puede trabajar la grasa en una máquina después de un tiempo determinado. Posteriormente se le determina la consistencia en el penetrómetro.
Penetración no trabajada: Para la penetración no trabajada se toma una muestra de grasa, no se somete a ningún batido y se coloca cuidadosamente en el recipiente de prueba, luego se le determina la consistencia en el penetrómetro.
Las características del cono se muestran en la Fig. 2b. Las más importantes son:
Ángulo del cono 90º
Ángulo de la punta 30º
Diámetro de cono 6.61 cm.
Peso del cono 102.5 gr.
La penetración se clasifica de acuerdo con la ASTM, (que es la lectura que da el Penetrómetro mostrado en la figura 2ª después de cinco segundos de penetración dentro de la muestra de grasa trabajada a + 77oF (25oC) y de acuerdo con la NLGI, que la da con un número que indica el cambio de consistencia (penetración) con las variaciones de temperatura (prueba no estandarizada). Fig. 2ª.
Tabla 1. Clasificación ASTM y su equivalencia en la NLGI
Penetración trabajada NLGI
ASTM en mm/10 Número de consistencia
447-475 000
400-430 00
355-385 0
310-340 1
265-295 2
220-250 3
175-205 4
130-160 5
85-115 6
Prueba Almen: Una varilla cilíndrica gira dentro de un casquillo abierto, el cual se presiona contra aquella. Se añaden pesos de 0.9 Kg. en intervalos de 10 seg. y se registra la relación existente entre la carga y la iniciación del rayado. Ver las Fig. 3ª y 3b.
Prueba Timken: Se presiona un anillo cilíndrico, que gira, sobre un bloque de acero durante 10 minutos y se registra la máxima presión de iniciación del gripado. Véanse las Fig. 4ª y 4b.
Prueba SAE: Se hacen girar dos rodillos a diferentes velocidades y en el mismo sentido. La carga se aumenta gradualmente hasta que se registre el fallo. En este caso hay combinación de rodamiento y deslizamiento. Se ilustra en las Fig. 5ª y 5b.
Prueba Fálex: Se hace girar una varilla cilíndrica entre dos bloques de material duro y en forma de V, que se presionan constantemente contra la varilla, con una intensidad que aumenta automáticamente. La carga y el par totales se registran en los calibradores. Ver las Fig. 6ª y 6b.
Punto de goteo: Es la temperatura a la cual la grasa pasa de su estado sólido a líquido. La prueba se realiza aumentando la temperatura de la grasa hasta que se empiece a cambiar de estado, en ese momento se toma la temperatura y se define su punto de goteo.
4. Aditivos empleados en las grasas lubricantes
Los aditivos más utilizados en la elaboración de las grasas son:
Agentes espesadores: Se utilizan para aumentar la adhesividad de las grasas a las superficies metálicas, con el fin de evitar que sean desplazadas con facilidad y retienen, además, los fluidos por absorción. Los más utilizados son los jabones metálicos y los polibutilenos.
Estabilizadores: Permiten trabajar las grasas a temperaturas más altas durante un mayor tiempo. Se utilizan principalmente los ésteres de ácidos grasosos.
Mejoradores del punto de goteo: Aumentan la temperatura del punto de goteo permitiendo que la temperatura máxima de trabajo se incremente sin que la grasa se escurra o descomponga. Se utilizan los jabones grasosos.
Agente antidesgaste: Reducen el desgaste de las superficies al evitar el contacto directo entre ellas. El más utilizado es el bisulfuro de dibensilo.
Inhibidor de la corrosión: Suspende la corrosión de las superficies metálicas si ésta ya se ha originado o la evita en caso de que, debido a las condiciones ambientales, se pueda presentar. Se utilizan el sulfonato de amoníaco y el dionil naftaleno.
Desactivador metálico: Impide efectos catalíticos en los metales con el fin de que las partículas que se han desprendido durante el movimiento de las superficies metálicas no se adhieran a éstas y ocasionen un gran desgaste. Se utiliza el mercaptobenzotiazolo.
Inhibidor de la oxidación: Impide la oxidación y descomposición de la grasa. Se usa el fenil-beta-naftilamino.
Materiales de relleno: Aumenta el volumen de la grasa, característica requerida para obtener una mejor distribución y aprovechamiento de la misma. Se utilizan los óxidos metálicos.
Agentes d extrema presión: Reducen la fricción permitiendo que la película lubricante soporte mayores cargas y las superficies se deslicen más fácilmente. Se utilizan las ceras clorinadas y los naftenatos de plomo.
5. Aceites Lubricantes
Concepto
Están constituidos por moléculas largas hidrocarbonadas complejas, de composición química y aceites orgánicos y aceites minerales.
Aceites orgánicos: Se extraen de animales y vegetales. Cuando aún no se conocía el petróleo, eran los únicos utilizados; hoy en día se emplean mezclados con los aceites minerales impartibles ciertas propiedades tales como adherencia y pegajosidad a las superficies. Estos aceites se descomponen fácilmente con el calor y a temperaturas bajas se oxidan formando gomas, haciendo inútil su utilización en la lubricación.
Aceites minerales: Son derivados del petróleo cuya estructura se compone de moléculas complejas que contienen entre 20 y 70 átomos de carbono por molécula. Un aceite mineral esta constituido por una base lubricante y un paquete de aditivos químicos, que ayudan a mejorar las propiedades ya existentes en la base lubricante o le confieren nuevas características.
Proceso de obtención del aceite
Base Parafinica (CnH2n + 2). Son relativamente estables a altas temperaturas, pero por el alto contenido de parafinas que poseen, no funciona satisfactoriamente a bajas temperaturas, conductos de lubricación.
Descripción del proceso. El proceso de producción del aceite con el transporte de las bases parafinicas desde los tanques de almacenamiento hasta el mezclador por medio de una bomba de desplazamiento positivo.
Una vez puesta la base parafinica en el mezclador se le adicionan los aditivos, de acuerdo a las características del aceite que se quiere fabricar, de allí es enviado a la zona de envasado, pasándolo antes por un filtro. En la zona de envasado es puesto el producto en las diferentes presentaciones.
Control De Calidad
Viscosidad. Esta prueba se realiza con un instrumento llamado viscosímetro, consiste en un baño de aceite a temperatura de 100oC (Norma SAE) y en su interior se encuentra ubicado un bulbo capilar con el aceite en prueba, se toma el tiempo que tarde el aceite en subir desde un nivel inicial hasta un nivel final en el bulbo y se multiplica por una constante, el resultado numérico de esta prueba para la viscosidad en centistores.
Índice de Viscosidad (IV). Esta prueba se lleva a cabo sometiendo el aceite de estudio a fluctuaciones de temperatura. Cuando la viscosidad de este aceite varia muy poco se le asigna por lo tanto un I.V comprendido entre 0 y 100.
Punto de Chispa. Es la temperatura a la cual se forman gases suficientes para realizar una combustión. La prueba consiste en colocar el aceite en un recipiente dotado con una resistencia, para aumentarle la temperatura, luego este aceite es colocado en contacto directo con una llama, en el momento en que el producto trata de encenderse este el llamado punto de chispa (oC). Se sigue calentando el aceite y nuevamente se pone en contacto con la llama y en el instante que este haga combustión, es el punto de inflamación (oC).
Prueba de humedad. Para verificar que el producto está con cero humedad, factor muy importante en cualquier lubricante, la mayoría de empresas acostumbran a realizar una prueba de humedad muy sencilla, que consiste en poner a calentar al rojo vivo un metal, y luego se deja caer sobre este una gota de aceite, si crispa, el aceite presenta humedad, si por el contrario el aceite no presenta este fenómeno, está completamente libre de humedad.
Punto de fluidez. Es la temperatura más baja a la cual el aceite lubricante aún es un fluido. Indica las limitaciones de fluidez que tiene el aceite a bajas temperaturas, en el momento en que el producto trata de cambiar de estado, esa temperatura es el punto de fluidez.
Prueba de corrosión. Cuando el aceite es expuesto a la acción del agua, esta puede disolver los inhibidores de la oxidación dando origen a la formación de ácidos orgánicos, los pueden originar el deterioro en las piezas lubricadas.
La prueba llamada también Lámina de Cobre, consiste en colocar una lámina de cobre en un recipiente lleno de aceite a una temperatura de 105oC, dejándola allí por espacio de cuatro días, dependiendo del color que tome la lámina se medirá el grado de corrosión del producto; lo ideal es que la lámina no cambie de color, es decir, que el aceite presente cero corrosión.
Tipos de aceites
Aditivos comunes en los aceites lubricantes
Los aditivos que generalmente se encuentran en todos los aceites lubricantes sin tener en cuenta el tipo de trabajo que van a desempeñar, son los siguientes:
Inhibidores de la oxidación: que se emplean para incrementar la vida del aceite en servicio y para disminuir la concentración de barnices y de lodos sobre las partes mecánicas.
Inhibidores de la corrosión: que protegen las superficies metálicas del ataque químico de los ácidos corrosivos.
Los aditivos antidesgaste: que protegen las superficies de fricción que operan con delgadas películas lubricantes.
Los inhibidores de la herrumbe: que eliminan la tendencia de la humedad a formar una pequeña película de herrumbe sobre las superficies metálicas, la cual en un momento dado, podría llegar a aislar el lubricante midiendo así una correcta lubricación, además de que facilitan el proceso de oxidación del aceite y la corrosión de las superficies metálicas, los agentes untuosidad que reducen la fricción y el desgaste y aumentan la lubricación.
Demulsificadores: que reducen la tensión interfase, permiten una fácil separación del agua y del aceite. Los demás son igualmente importantes pero se utilizan únicamente para cada caso en particular.
6. Conclusión
Finalizado este trabajo investigativo se puede aseverar que:
a) La vida útil de un equipo depende de una adecuada lubricación.
b) Para cada equipo existe un lubricante específico.
c) Un buen lubricante depende del control de calidad que se le realice.
d) La gestión forma parte del desarrollo profesional del individuo.
e) La reacción de saponificación es necesaria únicamente para la obtención de las grasas lubricantes, más no de los aceites.
7. Bibliografía
ALBARRACIN, Pedro. Lubricación industrial y automotriz. Editorial Omega.
WITTEFF, Harold A. REUBEN, Bryan G. Productos químicos orgánicos Industriales. Volumen II. Editorial Limusa.
Trabajo enviado por:
Edwin Palma Egea & Palma Publicidad
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