Lubricación y Lubricantes

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    1  Lubricación y Lubricantes Centro Técnico Shell    2 PRINCIPIOS DE LA LUBRICACIÓN  Básicamente, la lubricación consiste en intercalar entre dos superficies que están dotadas de un movimiento relativo, una película de un material (lubricante) y de un espesor adecuado, a fin de: a) reducir la fricción, es decir la fuerza que se opone al movimiento, ya sea para iniciarlo (fricción estática) o para mantenerlo (fricción dinámica), y que limita la potencia útil que puede obtenerse de un mecanismo. b) reducir el desgaste mecánico que se produciría en las superficies de trabajo si se produjera el contacto entre ellas. Esto se puede lograr en distintas condiciones y en general durante el ciclo de operación de una máquina se verifica una transición y/o combinación de ellas. Las mejores condiciones de lubricación corresponden a la lubricación hidrodinámica o de película gruesa. En este caso, la película tiene un espesor considerablemente superior a la rugosidad de las superficies lo cual asegura que estas queden convenientemente separadas. Para que esta película pueda soportar totalmente a las cargas aplicadas, se requerirá no sólo que la forma geométrica y velocidad relativa de las superficies favorezcan la formación de una cuña del lubricante, sino que además éste tenga una viscosidad adecuada. Vista microscópica de la rugosidad de las superficies ab c  c= espesor de película a+b << c lubricación hidrodinámica a+b= c lubricación límite Cuando la película no tiene el espesor suficiente para separar completamente las superficies, es decir que resulta inferior a la rugosidad, la lubricación ( limite o de película escasa), es menos eficiente, ya que las superficies de trabajo deben soportar en gran parte las cargas aplicadas. De todos modos la fricción será siempre menor que la que se tendría de no estar presente el lubricante, pero aquí la naturaleza química del mismo juega un papel muy importante.    3 Una combinación de las condiciones anteriores es la mixta o de película fina, y corresponde al caso en que el espesor de película es del mismo orden de magnitud que la rugosidad de las superficies. Pero, además de las funciones básicas mencionadas, para asegurar el correcto funcionamiento de un mecanismo y prolongar su vida útil, en general se requerirá que el lubricante además cumpla con otras funciones como ser: c) refrigerar las superficies de trabajo. d) mantener su limpieza. e) protegerlas de la acción de agentes agresivos ya sea durante los períodos de funcionamiento o bien de detención del equipo. 1.   Clasificación de los lubricantes Existen distintos materiales que por su naturaleza ( fluida, semifluída o sólida ) pueden ser empleados como lubricantes. Fluídos Semifluídos Sólidos Agua Grasas Suspensiones Aceites Polvos Pastas Barnices 2. Campo de aplicación de cada tipo Aceites Grasas Sólidos Lubricación Hidrodinámica Excelente Pobre Inaplicable Lubricación Límite Bueno Bueno Excelente Refrigeración Excelente Pobre Inaplicable Sellado Bueno Excelente Bueno ACEITES    4 1. Aceites minerales : Los aceites minerales son complejas mezclas de hidrocarburos de alto peso molecular que están contenidos naturalmente en el petróleo y que se obtienen como resultado de una compleja serie de procesos de refinación. La primera etapa, es la destilación atmosférica del crudo, en la cual este se calienta hasta aproximadamente 400°C y luego se lo envía a una columna de destilación. En ella condensan y se extraen cortes con distintas temperaturas de ebullición que constituyen el punto de partida para la elaboración de los distintos combustibles destilados ( nafta, gas-oil,  jet , etc. ) Al residuo ( líquido ) que se recupera en el fondo de la columna se lo somete a una segunda destilación, pero esta vez al vacío. Las fracciones más volátiles se emplean para la elaboración de combustibles destilados, las más pesadas para combustibles residuales y asfaltos mientras que las fracciones intermedias ( por lo general se obtienen cuatro ) constituyen la materia prima para producir las bases lubricantes. A estas fracciones se las somete primero a un tratamiento con propano y luego a una refinación con solvente que permite eliminar respectivamente a los componentes asfálticos y aromáticos residuales. El último paso es el desparafinado ya sea por enfriamiento o por acción catalítica. Para algunas aplicaciones especiales ( aceites dieléctricos, blancos, medicinales, etc. ) es necesario un proceso adicional denominado hidrotratamiento que permite reducir a valores mínimos los contenidos de aromáticos y asfaltenos Finalmente, los aceites base se mezclan convenientemente entre sí, con el eventual agregado de aditivos, a fin de lograr los grados de viscosidad y las características requeridas en cada aplicación para los lubricantes terminados. 2. Aceites sintéticos : Los aceites sintéticos, son compuestos que no están naturalmente contenidos en el petróleo y que se obtienen por reacciones o síntesis químicas, a partir de diversas materias primas. En general las ventajas que presentan comparados con los aceites minerales son: a) elevada resistencia a la oxidación. b) elevada estabilidad térmica. c) elevados índices de viscosidad. d) baja volatilidad e) buenas propiedades fricciónales Sin embargo debido a que los costos de obtención son relativamente elevados, su uso en general esta limitado a aquellas aplicaciones en las cuales no se puede alcanzar resultados satisfactorios con aceites minerales ( por ejemplo lubricantes de muy baja viscosidad, compresión de gases que reaccionan con hidrocarburos, etc. ). Los productos sintéticos mas empleados son la oleofinas (aceites de motor), poliglicoles (aceites hidráulicos y engranajes), ésteres fosfatados (aeronáutica) y siliconas. 3. Aceites grasos o fijos .    5 Los aceites grasos son hidrocarburos de srcen animal o vegetal que a diferencia de los aceites minerales contienen además compuestos oxigenados ( glicéridos. En general tienen baja viscosidad y se adhieren mejor a las superficies metálicas, pero son poco estables y se oxidan y polimerizan con facilidad. Debido a esto en general no se los emplea como lubricantes en las aplicaciones industriales sino como aditivos, es decir mezclados en pequeñas proporciones con aceites minerales ( aceites compuestos. Así se les confiere a los aceites minerales las características que eventualmente sean necesarias en algunos casos particulares. Los más empleados son el aceite de castor y el aceite de pata.
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