curso corto tribología (1)

Curso corto de lubricación para la industria

Dr. Adrián Luis García GarcíaProfesor Titular

[email protected]

Curso CortoII Simposio sobre Diseño Mecánico e Ingeniería de Materiales

Instituto Tecnológico de Celaya28 – 30 marzo, 2007

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALCENTRO DE INVESTIGACIÓN EN CIENCIA APLICADA Y TECNOLOGÍA AVANZADA

UNIDAD QUERÉTARO

¿Porqué un curso en tribología?

Tribología: Origen e importancia económica

Beneficios de la investigación en tribología

Sistema Tribológico

Efectos de la Fricción

Desgaste

Lubricación

Aceites Lubricantes

Grasas Lubricantes

Métodos de Lubricación

Sistemas Centralizados de Lubricación

Contenido

Salir

¿Porqué un curso en lubricación?

Objetivo principal en la industria

COMPETITIVIDAD

PRODUCTIVIDAD

EFICIENCIA

MANTENIMIENTO

LUBRICACIÓN

Incidencia en Competitividad

• 60% de las fallas mecánicas se relacionan directamente con prácticas de lubricación inadecuadas.

• Una lubricación adecuada puede triplicar la vida útil de las componentes mecánicas, extendiendo así la vida media de equipo y maquinaria.

• Ahorro de combustible y energía hasta en un 15%.

• Beneficios colaterales:• Activo conseguido por reducción de inventario.

• Mayor calidad de producto.

Incidencia en Competitividad

Tribología: Origen e importancia económica

Origen de la Tribología

En 1966 el Reporte Jost persuadió al gobierno inglés que un gran desperdicio de recursos, estimado en 515 millones de libras esterlinas, ocurría por ignorar los fenómenos mecánicos de interacción superficial. Para remediar la situación se estableció un programa de acciones y se acuñó la palabra tribología para describirlo.

Reducciones originadas por mejoras tribológicas

Energía perdida por fricción.

Paros.

Mantenimiento y refacciones.

Lubricantes.

Vibraciones.

Deterioro de instalaciones.

Inversión debido a bajos niveles de uso y eficiencia

mecánica.

Tribología y productividad

El objetivo fundamental de la tribología es el óptimo aprovechamiento de los recursos naturales, materias primas y recursos financieros.

Definición de tribología

Es la ciencia que estudia los efectos que resultan cuando dos superficies en contacto se mueven una con respecto a la otra. Las técnicas y prácticas que de esto se derivan también pertenecen al ámbito de la tribología; e.g. programas de mantenimiento.

Fricción

Lubricación

Desgaste

Objetos de estudio de la tribología

Sectores industriales de incidencia de la tribología

• metal-mecánica

• autopartes

• aeroespacial

• construcción

• biomédica

• textil

• óptica

• microelectrónica

Importancia económica de los efectos tribológicos, en millones de USD (1976)1

Fricción $10,000

Desgaste $100,000

Adhesión $30

Lubricación$2,000

Contactos Eléctricos$10,000

1 E. Rabinowicz, Friction and wear of materials, John Wiley, USA:1995.

Causas de pérdida de utilidad de los objetos materiales1

Corrosión(15%)

Desgaste(55%)

Adhesivo(25%)

Abrasivo(20%)

Corrosivo(2%)

Fatiga en la Superficie (8%)

1 E. Rabinowicz, Friction and wear of materials, John Wiley, USA:1995.

Deterioro en la Superficie (70%)

Anticuado(15%)

Descompustura(15%)

• Las mejoras tribológicas influyen directamente en la competitividad, lo que se traduce en...

Beneficios de la investigación en tribología

Nuevos diseños

• Nuevos diseños en sistemas mecánicos que permiten el uso de materiales avanzados, o un consumo reducido de lubricante, hasta ahora inaccesible para estas nuevas tecnologías.

Ahorro de energía

• El uso de lubricantes y métodos de lubricación tecnológicamente avanzados permite lograr ahorros substanciales en el consumo de energía, debido a la reducción de fricción en partes móviles.

Lubricantes biodegradables

• Los lubricantes biodegradables, adaptados ambientalmente, ofrecen un gran potencial en la reducción de contaminación ambiental.

Sistema Tribológico

Par de fricción

Sistemas tribológicos

Sistema tribológico

Tercer cuerpo (lubricante)

Medio ambiente

Partes de un sistema tribológico

Par de fricción

Tercer cuerpo

Pérdida de material

Medio ambienteSuperficie menoscabada

Efectos de la Fricción

Efectos negativos de la fricción

Calor. Desperdicio de energía.

Desgaste. Acorta la vida media de maquinaria y equipo.

Fricción

Fricción por deslizamiento

Fricción por rodadura

Combinación de fricción por deslizamiento y rodadura

Desgaste

Adhesivo

Abrasivo

Fatiga

Erosión

Corrosión

Arco eléctrico

Tipos de desgaste

Algunas estimaciones indican que dos tercios del desgaste encontrado en la industria se debe a los mecanismos de desgaste adhesivo y abrasivo

Desgaste Adhesivo

Micrografía SEM de flecha de acero inoxidable 303 después de desgaste adhesivo, sin lubricante. Bushan, B. (1999), Principles and Applications of Tribology, John Wiley & Sons, USA.

El desgaste por adherencia, también conocido como rayado, raspado o agarre, ocurre cuando dos superficies sólidas se deslizan una sobre la otra bajo presión. Las asperezas existentes en la superficie se deforman plásticamente y finalmente llegan a soldarse debido a las altas presiones locales. Conforme continúa el deslizamiento, estas uniones se rompen produciendo cavidades en una de las superficies, proyecciones en la otra y, frecuentemente, partículas abrasivas minúsculas que contribuyen a acelerar el desgaste.

Desgaste Abrasivo

Flecha de acero inoxidable 303 después de desgaste abrasivo, sin lubricante. Bushan, B. (1999), Principles and Applications of Tribology, JohnWiley & Sons, USA.

El desgaste abrasivo ocurre cuando se elimina material de una superficie debido al contacto con partículas duras. Las partículas pueden existir en una de las superficies en contacto, como una lija, o sueltas entre ambas superficies. Cuando se encuentran en los flujos de aceite son letales para las superficies internas de una máquina. El desgaste abrasivo se utiliza en operaciones de rectificado, para eliminar material intencionalmente.

Fatiga en la Superficie

Resquebrajamiento de la pista de un rodamiento de acero 52100. Bushan, B. (1999), Principles and Applications of Tribology, JohnWiley & Sons, USA.

Las partículas suspendidas entre dos superficies sometidas a una carga cíclica pueden causar fracturas superficiales que, eventualmente - debido a la carga repetida - conllevan a la destrucción de la superficie.

Desgaste Corrosivo

Existen aplicaciones en las que el medio ambiente juega un papel primordial. Cuando el proceso requiere un medio ambiente reactivo, los elementos de máquina deben tener la protección adecuada; de otra forma, las superficies reaccionan químicamente con el medio ambiente y se degradan irreversiblemente, dañando la componente mecánica, volviéndola inservible.

Lubricación

Funciones básicas de un lubricante

• Reducir la fricción

• Reducir el desgaste

• Amortiguar cargas repentinas

• Reducir la temperatura de operación

• Minimizar la corrosión

• Proteger contra partículas contaminantes

La película lubricante separa las superficies en movimiento, la fricción ocurre, no entre las superficies metálicas, sino entre los planos moleculares del lubricante. Esta acción se conoce como cizallamiento. Como veremos más adelante, este modo de lubricación se conoce como lubricación hidrodinámica de capa completa. El cizallamiento puede ilustrarse con un juego de cartas a las que se presiona firmemente contra una mesa, mientras se les empuja hacia adelante. Las cartas actúan como el lubricante, cada una moviéndose (cortándose) a diferente velocidad, absorbiendo lo que sería la fricción entre la mano y la mesa. En la figura inferior, el tamaño de las flechas indica las distintas velocidades de los planos de cizallamiento; esto es, indica un gradiente de velocidades. La película lubricante próxima a la superficie superior, en movimiento, es la que más rápido se mueve, como puede verse en la animación.

¿Cómo funciona?

Película Lubricante

Película GruesaLubricación hidrodinámica

Lubricación hidrostática

Elastohidrodinámica

Capa límite

Capa sólida

Lubricación Hidrodinámica

Esta forma de lubricación ocurre más o menos de forma natural en flechas apropiadamente terminadas y lubricadas, bien ajustadas al cojinete de una chumacera. Esencialmente, la rotación de la flecha arrastra al lubricante a un canal en forma de cuña, generando una presión de soporte de carga, como se ilustra en la figura. Estando la flecha en reposo, esta expulsa el aceite en E, y descansa sobre la superficie del cojinete (a). Cuando se inicia la rotación (b), la flecha tiende a ascender por el lado del cojinete, debido a la fricción, y el lubricante adherido a ésta se lleva hasta el área de contacto en F; así se forma la cuña de lubricante en G. Al ganar velocidad, la flecha se despega del cojinete en H (c). Cuando la flecha alcanza su máxima velocidad (d), no sólo se levanta verticalmente, sino que la presión de la cuña de aceite también le empuja hacia la izquierda. La fuerza resultante actúa a lo largo de la línea PO. El mínimo de la película de aceite ocurre en J, y no en el fondo del cojinete.

Lubricación Hidrostática

La principal virtud de la lubricación hidrostática es que puede acomodar cargas pesadas, a bajas velocidades, porque no depende del movimiento relativo de las superficies para mantener la película lubricante, como lo requiere la lubricación hidrodinámica. El lubricante se lleva al cojinete desde una bomba, usando líneas de alimentación, como se esquematiza en la figura. El aceite se alimenta a través de restrictores de flujo, que generalmente son estacionarios. Los restrictores de flujo automáticamente ajustan el flujo de aceite a la carga aplicada. La desventaja de la lubricación hidrostática es su costo elevado y su complejidad.

Cuando el lubricante se lleva hasta la zona de convergencia de las superficies, o de dos asperezas, la presión sobre el lubricante causa un incremento en viscosidad que es suficiente para separar las superficies, o asperezas, en el punto de encuentro. Debido al incremento en viscosidad, y al tiempo tan corto que se requiere para llevar al lubricante a través del área de contacto, este no puede escapar, y las superficies metálicas permanecen separadas, deformándose elásticamente bajo la presión del lubricante. Esta presión aumenta la superficie de contacto con el lubricante, y la efectividad del mismo. Este régimen de lubricación, que ocurre en cojinetes de rodamiento y en engranes, se ilustra en la animación.

Lubricación Elastohidrodinámica

Bajo ciertas condiciones como cargas repentinas, cargas pesadas continuas, altas temperaturas, bajas velocidades o viscosidad críticamente baja, el sistema tribológico se sale del régimen hidrodinámico. En este caso, se puede dar la situación en que las superficies metálicas se tocan intermitentemente, resultando en un significativo aumento de temperatura y la subsiguiente destrucción de la superficie de contacto. En estas circunstancias, no hay suficiente lubricante para formar una película completa, por lo que se le denomina lubricación de capa límite.

Para proteger las superficies con una capa límite, la tecnología de lubricantes ha seguido el camino de crear lubricantes formadores de capas protectoras. Algunas tecnologías de lubricantes tienen un comportamiento extraordinario que les permite funcionar protegiendo la componente mecánica con un recubrimiento de moléculas estéricas sobre las superficies metálicas, con gran esfuerzo cortante, separándolas del lubricante. Al hacer esto, se protege al metal y se evita la degradación del aceite. El funcionamiento de la lubricación de capa límite, con lubricantes sintéticos, se ejemplifica en la animación.

Lubricación de Capa Límite

Lubricación con aceite sólido

Para que los rodamientos duren mucho tiempo, estos deben lubricarse con grasa o aceite, cuando la aplicación lo permite. En algunos ambientes especiales como vacío o temperaturas extremas, la lubricación convencional es imposible. En otras aplicaciones, como en la industria alimenticia, la adición de grasas o aceites podría contaminar el producto. En estos casos, se emplean rodamientos con película de lubricante sólido.

Aceites Lubricantes

• Lubricantes naturales• Animal• Vegetal

• Lubricantes minerales

• Lubricantes sintéticos

Aceites LubricantesLos lubricantes de origen natural, sea este vegetal o animal, no tienen aplicación en la lubricación de rodamientos industriales, debido a la formación de ácidos después de un corto tiempo, lo que va en detrimento del desempeño de la superficies del par tribológico.

La mayoría del aceite empleado con fines de lubricación industrial es un producto de refinación del petróleo crudo, por lo que se les denomina Lubricantes Minerales. Existen diferentes procesos de refinación, dependiendo de la reserva mineral. Por esta razón, la elección de crudo es importante. Los crudos más favorecidos son los crudos parafínicos, que proporcionan buena producción de aceites con índice de viscosidad elevado, aunque contienen una gran cantidad de cera. Para ciertas aplicaciones, se prefieren los crudos nafténicos, porque producen gran cantidad de bases con índices de viscosidad medios y bajos, con muy poca cera, y puntos de fluidez inherentemente bajos.

En contraste con los lubricantes minerales, los lubricantes sintéticos son lubricantes específicamente diseñados y fabricados para trabajar bajo condiciones extremas, dondelos lubricantes minerales encontrarían limitaciones. Por ser fabricados artificialmente, estos lubricantes poseen una estructura más uniforme y consistente que los lubricantes minerales.

Ventajas de lubricantes sintéticos

• Mejor estabilidad térmica y de oxidación.

• Mejores características de viscosidad y temperatura.

• Mejores propiedades a bajas temperaturas.

• Superiores características de volatilidad.

Factores que afectan las propiedades de lubricación

• Viscosidad. Indice de viscosidad.

La viscosidad de un fluido es su resistencia a fluir. Es resultado de la interacción física entre las moléculas del fluido cuando se les obliga a moverse. Los aceites lubricantes están formados por largas cadenas moleculares de hidrocarburos; la viscosidad aumenta con la longitud de estas cadenas.

La viscosidad de los aceites depende de la temperatura, la presión, y la razón de cizallamiento. A temperaturas altas, las moléculas vibran más e interactúan menos, por tanto la viscosidad disminuye; a bajas temperaturas, sucede lo contrario y la viscosidad aumenta. La propiedad que relaciona los cambios en viscosidad con los cambios en temperatura se denomina índice de viscosidad. Mientras más alto es el I.V. de un aceite, menor será el cambio de viscosidad con la temperatura.

Los lubricantes automotrices multigrado están diseñados para operar en condiciones de frío o de calor. En contraste, la mayoría de los aceites industriales son monogrado, y están diseñados para operar en condiciones estables de temperatura.

Equivalencia entre distintos sistemas de medición de viscosidad

ISO: International Standards Organization

AGMA: American Gear Manufacturer Organization

SAE: Society of Automotive Engineers


• Punto de fluidez.

El punto de fluidez (pour point) es un fenómeno de viscosidad causado por la temperatura. Se define el punto de fluidez como la mínima temperatura a la que un lubricante fluye, bajo ciertas condiciones. Los fabricantes de lubricantes proporcionan el punto de fluidez de sus lubricantes para que el usuario pueda determinar si éste podía bombearse a la temperatura de la aplicación. El punto de fluidez se incrementa con la viscosidad. En los aceites minerales, el incremento en viscosidad se debe a la gelatinización del aceite, debida a la precipitación de las ceras. A bajas temperaturas, la ausencia de ceras en los lubricantes sintéticos les pone en ventaja sobre los aceites minerales. El punto de fluidez se mide enfriando un aceite hasta que este deja de fluir de un contenedor.


• Densidad. Gravedad específica.

La densidad es la masa de una unidad de volumen de una sustancia. La densidad se emplea en lubricación para identificar un aceite, o fracciones de aceite, y también en la medición de la viscosidad cinemática (viscosidad absoluta dividida por la densidad).

La unidad de la densidad en el SI es el kg/m3, pero generalmente se reporta como g/ml. Otra unidad comúnmente empleada para la densidad es el g/cm3. La densidad de los aceites minerales varía entre 0.86 y 0.98 g/ml. La gravedad específica es la razón de la masa de un volumen dado a la masa de un volumen igual de agua. Por tanto, la gravedad específica es una cantidad adimensional. La gravedad específica del agua a 15.6 oC se toma como la unidad. En esta escala, la gravedad específica de los aceites minerales varía entre 0.86 y 0.98. La gravedad específica disminuye con el aumento de la temperatura.


• Expansión térmica.

El volumen de una masa dada de aceite se incrementa con la temperatura; por lotanto, su densidad disminuye. El grado de expansión lo determina el coeficiente deexpansión térmica. El coeficiente de expansión térmica es un dato muy útil cuandoqueremos determinar el tamaño de un contenedor estando el aceite caliente.

En la lubricación hidrodinámica la expansión térmica del aceite incrementa lapresión hidráulica, por lo que la temperatura debe controlarse.


• Compresibilidad.

El módulo de compresibilidad expresa la resistencia de un fluido a disminuir su volumen debido a una compresión. La disminución en volumen incrementa la densidad. El módulo de compresibilidad varía con la presión, la temperatura, la estructura molecular y el contenido de gas. Generalmente, los aceites minerales se consideran incompresibles.

En sistemas hidráulicos de potencia se requieren módulos de compresibilidad elevados para transmitir la potencia eficaz y dinámicamente.


• Gases disueltos y atrapados. Espuma.

Los gases se disuelven en los aceites minerales, hasta cierto punto. La cantidad varíacon el tipo de gas y la temperatura del aceite. Por ejemplo, de 8 a 9% de aire, por volumen, se disuelven en aceite mineral a temperatura ambiente y es invisible. Los gases disueltos afectan la viscosidad, el módulo de compresibilidad, la transferencia de calor, la oxidación del aceite y de la superficie metálica, la lubricación de capa límite, el espumaje y la cavitación. La lubricación de capa límite se mejora con el oxígeno disuelto en el aire porque éste repara continuamente la capa protectora de óxido en los metales. El oxígeno disuelto se considera un importante agente antiabrasivo.

Si la cantidad de gas en el aceite pasa el punto de saturación, se forman pequeñasburbujas, suspendidas, y el aceite se ve un poco nebuloso. Las burbujas de un gas, como el aire, producen huecos que reducen la continuidad de la película lubricante y la habilidad del aceite para impedir el contacto de las partes metálicas. La espuma puede causar derrames en las rejillas de ventilación y causar serios problemas. El espumaje excesivo puede privar de lubricante líquido a rodamientos y bombas, causando fallas y desempeños pobres en sistemas hidráulicos.


• Punto de inflamación.

El punto de inflamación (flash point) es una indicación de la combustibilidad delos vapores de un aceite mineral; se define como la temperatura mínima a la queel vapor de un aceite puede incendiarse bajo condiciones específicas. El punto deinflamación está relacionado, claramente, con medidas de seguridad.

El punto de inflamación en los aceites lubricantes se mide usando la prueba ASTM D 92, que consiste en tener un recipiente abierto con aceite que se calienta a una razón específica, pasándole por encima, en forma periódica, una pequeña flama. Se considera al punto de inflamación como la temperatura mínima a la cual el aceite se enciende, pero no puede sostener una flama.

Si se continúa calentando el aceite, pasándole la flama por encima, eventualmente los vapores serán suficientes para sostenerla; la temperatura a la que esto sucede se denomina punto de ignición.

Mineral vs. Sintético

Otros factores que afectan las propiedades de lubricación

• Conductividad térmica.

• Conductividad eléctrica.

• Tensión superficial.

• Contaminantes.

• Aditivos.

Vanguardia Tecnológicalubricantes sintéticos

Mejoran el desempeño y productividad de la maquinaria.

Reducen costos de operación.

Operan a temperaturas extremas.

Ofrecen mayor protección a las superficies metálicas.

Caso I: Sintéticos de Mobil

• Extienden la vida de equipo y maquinaria. • Reducen las fallas de equipo. • Reducen o eliminan paros fuera de tiempo. • Cortan costos de mantenimiento. • Mejoran productividad. • Ahorran energía.

Mobilgear SHC, aceite para engranes

Caso 2: Energester

Grasas Lubricantes

Componentes de las grasas

Grasas No-jabón

Jabón

Sintético

MineralAceite

85-95%

Agente Espesante

Componentes de las grasas

Espesante

No jabonoso

Orgánicos(poliurea)

Inorgánicos(arcillas)

Jabonoso (Hidóxido)

SodioCalcioLitioAluminioBario

Características y aplicaciones de grasas espesadas con jabón

Características y aplicaciones de grasas espesadas con complejos de jabón

Características y aplicaciones de grasas con espesantes no jabonosos

Rangos de temperatura de operación recomendados para grasas

Características de las grasas:consistencia ASTM D217-97

La consistencia de una grasa o su dureza, es una medida de su resistencia a la deformación por una fuerza aplicada, y en muchos casos, la característica más importante. La consistencia de una grasa depende de la viscosidad del aceite base, y del tipo y cantidad del agente espesante empleado. Esta se mide en décimas de milímetro, en términos de la profundidad que un cono de dimensiones, masa y terminado específicos, se hundirá en una grasa en condiciones prescritas por la prueba ASTM D217-97.

El resultado de la prueba, esquematizada en la figura, proporciona el número depenetración.

Números de consistencia

El NLGI (National Lubricating Grease Institute) ha establecido números de consistencia,o grados, que se muestran en la tabla. Estos van desde el #000 (muy fluida), hasta el #6 (bloque), correspondientes a los números de penetración. La mayoría de las aplicaciones industriales utilizan grasas de grado NGLI #1 o #2.

En contraste con los aceites, el sistema de clasificación de las grasas es único y cubre a lamayoría de estas, aunque también existen grasas más fluidas que el grado #000, y más duras que el grado #6.

Características de las grasas:punto de goteo

El punto de goteo de una grasa es la temperatura a la cual cae una gota de material desde el orificio de un recipiente de prueba bajo condiciones prescritas por dos procedimientos ASTM: el D566-97, y el D2265-94a. El procedimiento ASTM D566-97 se emplea para determinar puntos de goteo hasta 288 °C. Mas allá de esta temperatura, debe emplearse el método ASTM 2265-94a, para un amplio rango en temperaturas, siendo el límite 330 °C. La figura esquematiza esta prueba. La grasa se unta en el interior de las paredes de la taza de prueba, y se mide la temperatura a la que la grasa empieza a gotear. Este es el punto de goteo.

Pruebas de evaluación y desempeño:Estabilidad Mecánica

Una pequeña muestra de grasa, aplicada a un rodillo pesado, se muele en una cámara cilíndrica, durante 2 horas, a temperatura ambiente, como se muestra ilustra arriba. Hecho esto, se mide la penetración en el penetrómetro. Equipo para trabajar la grasa antes de medir

la penetración en el penetrómetro, después de trabajar la muestra 10,000, 50,000, o 100,000 veces. El funcionamiento del equipo se esquematiza en el recuadro.

Pruebas de evaluación y desempeño:Resistencia al Agua

La habilidad de una grasa para resistir remojones de agua, en condiciones donde el agua puede salpicar, o chorrear directamente sobre un rodamiento, es una propiedad muy importante en aplicaciones como baleros automotrices. La prueba ASTM D1264-96 cubre la evaluación de la resistencia de una grasa lubricante a lavarse en agua cuando se le prueba a 38 y 79 oC, bajo condiciones de laboratorio prescritas.

En esta prueba, un rodamiento de bolas con holgura extra en las tapas, se empaca con grasa y se rota en un chorro de agua. La resistencia de la grasa a desprenderse con el chorro, se determina por la cantidadde grasa removida del rodamiento durante la prueba. Esta es una prueba útil para comparar el desempeño de lubricantes en aplicaciones donde los rodamientos van sumergidos en agua, o pueden estar expuestos a chapuzones.

Métodos de Lubricación

Consideraciones al elegir un sistema de lubricación

• Limpieza del ambiente en el que operará el equipo.• Temperatura de operación.• Distancias a las que deberá bombearse el lubricante.• Método de aplicación.• Contaminación del producto con lubricante.• Presupuesto.

Requerimientos de relubricación bajo condiciones normales

Factores de servicio

• Condición de la máquina.

• Cargas repentinas.

• Calor extremo.

• Velocidad de operación.

• Presencia de agua.

• Contaminación ambiental.

• Tipo de lubricante.

Métodos de aplicación de lubricación con aceite

• Baño de aceite.

• Sistemas recirculantes.

• Chorro de aceite.

• Rocío de aceite.

• Punto de aceite.

• Sistemas centralizados de lubricación.

Métodos de aplicación de lubricación con grasa

Graseras de taza compresora.

Aplicación a presión.

Sistemas centralizados de lubricación.

Manual

Automatizados

Aplicación manual.

Sistemas para aplicación manual

Dos modelos distintos de graseras manuales. La de la izquierda se conecta directamente al punto de lubricación.

Graseras de taza compresora

Este dispositivo se conecta directamente al alojamiento del rodamiento (housing), y se emplea en muchos tipos de maquinaria. La taza se carga con grasa, y la tapa, encordada, se atornilla a la parte superior del alojamiento. La aplicación de la grasa se efectúa enroscando la tapa. La razón de alimentación queda especificada por el número de vueltas por unidad de tiempo. Aunque es mejor que el engrasado a mano, este sistema dista mucho de lubricar eficiente y uniformemente, y requiere mucha atención por parte del operador.

Aplicación a presiónLa grasa puede aplicarse por medio de una pistola de grasa, o por medio de unidades neumáticas, como la que se muestra abajo. Los conectores de presión se atornillan directamente al alojamiento del rodamiento, como se muestra en la figura de la derecha. Cuando la grasa se aplica a presión por la parte superior, una válvula de seguridad se abre y permite el flujo de esta al área del rodamiento. Cuando se remueve la presión, la válvula cierra, sellando y protegiendo al rodamiento contra la entrada de basurillas y previniendo goteos, o fugas, provenientes de la contra presión en el rodamiento.

Sistemas Centralizados de Lubricación

Lubricación Manual vs. AutomáticaLa automatización de la lubricación ofrece muchas ventajas sobre la lubricación manual. Como puede apreciarse en el esquema, el periodo de relubricación en el ciclo automático es más corto que en el manual. Esto permite aplicar cantidades más pequeñas de lubricante, con mayor frecuencia, manteniendo el espesor de la película lubricante en el óptimo. La lubricación manual es menos precisa y se tiende a lubricar en exceso, para que el lubricante dure; lo que induce a los elementos de máquina a operar, por algún tiempo, en el régimen de fricción de fluido. Hacia el final del ciclo manual, la lubricación es escasa y el equipo empieza a operar en el régimen de lubricación de capa límite, con gran riesgo de dejar secos las componentes mecánicas.

En contraste, el método automático mantiene la lubricación de los elementos de máquina dentro del rango de operación de película completa, aplicando la cantidad adecuada de lubricante, a intervalos más cortos. Con esto se garantiza la operación óptima de maquinaria y equipo.

Beneficios del uso de SCL’s

• Incremento en productividad.• Óptima calidad de producción.

• Extiende la vida media de equipo y maquinaria.

• Reduce tiempos fuera de operación por reparaciones.


• Reduce costos de operación.• Reduce los trabajos anuales de ajuste de

maquinaria y reemplazo de cojinetes.

• Al reducir la fricción, reduce consumo de energía.

• Reduce el número de horas-hombre en lubricación.

• Elimina el desperdicio de lubricante.


• Lubricación más eficiente.• Aplicación de lubricante en cantidades

adecuadas, con frecuencia debida.

• Evita lubricación incompleta por descuido o negligencia.

• Elimina exceso en lubricación, típico de la lubricación manual.

• Elimina el desperdicio de lubricante.


• Mayor seguridad.• Evita el tener que andar subiendose a

maquinaria en operación, para efectuar la lubricación.

• Lubricación segura de cojinetes inaccesibles por condiciones ambientales: gases, humos, alturas, temperatura.


• Lugares aseados y seguros.• Máquinas más limpias.

• Se evitan charcos alrededor de la maquinaria, ocasionados por goteo de lubricante.

Sistemas Centralizados de LubricaciónTipo Manual

Sistemas manuales de distribución centralizada

La aplicación se efectúa centralizando todos los puntos de lubricación a través de un distribuidor, como el que se muestra en la figura de la izquierda.

Aunque este sistema ahorra tiempo, el lubricante se aplica a ciegas y puede agravar el problema de exceso en lubricante. Por las presiones tan grandes que puede generar una grasera manual, en manos inexpertas este sistema puede ocasionar problemas con los sellos de los rodamientos.

Sistemas progresivos de lubricación manual

En este sistema, la aplicación de lubricante también se realiza con la grasera, pero ahora los puntos de lubricación están centralizados en un bloque divisor progresivo, con una sola grasera o conector. Con este sistema, que involucra más ingeniería, se eliminan los problemas de rotura de sellos, y lubricación excesiva, pues el sistema viene con un pin medidor integrado, que indica cuándo se completa el ciclo de lubricación.

Sistemas Centralizados de LubricaciónAutomatizados

Sistemas automatizados Sistema de orificio restrictivo, simple línea.

Sistema de bomba a punto o multipuntual.

Sistema de inyectores de desplazamiento positivo.

Sistema progresivo en serie.

Sistema de dos líneas paralelas.

Sistema de rocío de aceite.

Sistema de aire/aceite.

Sistema de orificio restrictivo simple línea

Estos sistemas son compactos, económicos, y de operación y mantenimiento relativamente simple. Este sistema, exclusivamente para aceite, es ideal para maquinariao equipo similar a la fresadora vertical, que incorpora configuraciones de grupos de rodamientos cercanos unos de otros. El sistema de orificio restrictivo simple línea, también se conoce como sistema resistivo de simple línea. Puede ser semiautomático o completamente automático.

Sistema de bomba a punto o multipuntual

La mayoría de estos sistemas opera solamente con aceite aunque, dependiendo del tipo de bomba, es posible operarlo con grasa. El sistema funciona con una bomba neumática o hidráulica; la periferia del pistón de la bomba está rodeado de salidas. Cuando en su carrera el pistón pasa por estas salidas, dosifica el lubricante a los puntos requeridos; a su regreso, el pistón recarga el aceite para el siguiente ciclo. Este sistema está restringido al número de salidas que pueden acomodarse en la pared del pistón.

El sistema PDI, también conocido como sistema paralelo monolineal, opera con la presión generada por una bomba que fuerza al lubricante, grasa o aceite, a moverse en la línea de distribución y en los inyectores. Cada distribuidor o inyector dosifica una cantidad fija de lubricante, calibrada, a los puntos de lubricación. Por estar completamente sellado, ni el polvo, ni la basura en el aire son factores de contaminación. La animación muestra cómo funcionan estos dispositivos.

Sistema de inyectores de desplazamiento positivo

Esquema de funcionamiento del inyector

Sistema progresivo en serie

Los sistemas progresivos de lubricación son simples de instalar y fáciles de mantener. Dosifican descargas cíclicas, o casi continuas (cm3 por hora), de una variedad de lubricantes industriales, aceites o grasas, y encuentran aplicación en maquinaria como la máquina troqueladora ilustrada en la figura de la derecha. El corazón de estos sistemas lo constituyen los bloques divisores progresivos.

Los bloques divisores progresivos no tienen posiciones de inicio. Se mantienen en movimiento mientras estén alimentados con lubricante a presión. Durante su operación, una serie de pistones funcionan moviéndose en una secuencia preestablecida, como puede apreciarse en la animación.

Esquema de funcionamiento del bloque divisor progresivo Trabon

Sistema de dos líneas paralelas

El sistema bilineal también se conoce como sistema de líneas paralelas. Funcionaen forma similar al sistema de inyectores de desplazamiento positivo (paralelo monolineal),con los inyectores ligeramente modificados para alimentarse por cualquier extremo. Una de las líneas se presuriza, provocando ladescarga de los inyectores, luego se ventea, utilizando una válvula inversora; al haceresto, la presión de la bomba se dirige a la segunda línea, repitiendo la secuencia. Encada secuencia de bombeo, se lubrica la mitad de los puntos de lubricación.

Sistema de rocío de aceite

Los sistemas de rocío se limitan al uso de aceite. En ellos, se hace pasar aire comprimidoa través del depósito de aceite. Por medio de un sifón, se crea el rocío y se lleva a través de una línea principal hasta los puntos de lubricación, donde puede condensarse, por medio de una válvula, o rociarse sobre el rodamiento. Este sistema proporciona aceite limpio y fresco de manera continua, y el flujo de aire previene la acumulación excesiva de aceite en el rodamiento. Puesto que el aire a presión en el alojamiento del rodamiento escapa a través de las ventilas del mismo, el sistema también previene con mucha eficacia la entrada de humedad y contaminantes al alojamiento. Debe tenerse cuidado de mantener confinado el rocío de aceite a los lugares indicados, ya que este puede contaminar el ambiente muy fácilmente.

Sistema de aire/aceite

Un sistema aire/aceite se usa exclusivamente con aceite y basa su funcionamiento en la existencia de una línea de aire comprimido. En el sistema aire/aceite, el lubricante y el aceite se hacen llegar al punto de lubricación por líneas distintas; justo antes del punto de lubricación las líneas se unen en una T mezcladora. El aceite pasa a través de una válvula medidora, e inmediatamente se introduce en la corriente de aire, donde se atomiza y se fuerza, con gran velocidad, al interior de los rodamientos. Este es un sistema de alta presión, a diferencia del sistema de rocío, que es de baja presión.

Referencias[1] K. E. Bannister. Lubrication for Industry. Industrial Press Inc., USA, 1996.[2] H. P. Jost. The introduction of a new technology. Report from the Committee on Tribology. Her Majesty's Stationary Office, London, 1966.[3] E. Rabinowicz. Friction and Wear of Materials. John Wiley & Sons, USA, 1995.[4] D. R. Askeland. Science and Engineering of Materials. International Thomson Publishing, USA, 1984.[5] The Timken Company. How to Recognize and Prevent Tapered Roller Bearing Damage. http://www.timken.com/bearings/services/valueadd/prevent.asp, 2000.[6] B. Bhushan. Principles and Applications of Tribology. John Wiley & Sons, USA, 1999.[7] R. Cline. Lubrication of Powerplant Equipment. http://www.usbr.gov/power/data/fist/fist2~4/2~4_cont.htm, 1990.[8] K. E. Bannister. Lubrication for Industry. Industrial Press Inc., USA, 1996.[9] C. R. Mischke y J.E. Shigley. Diseño en Ingeniería Mecánica. McGraw-Hill Interamericana, México, 1990.[10] Occupational Safety and Health Administration. Petroleum Refining Processes. http://www.osha-slc.gov/dts/osta/otm/otm_iv/otm_iv_2.html.[11] J. G. Wills. Lubrication Fundamentals. Dekker, USA, 1980.[12] Lubrizol Corp. Lubrication Theory and Practice. http://www.lubrizol.com/LubeTheory/default.htm, 2000.[13] D. Godfrey y W. R. Herguth. Physical and Chemical Properties of Mineral Oils that Affect Lubrication. http://www.herguth.com/technical/physical.htm, 1995.

Dr. Adrián Luis García GarcíaProfesor TitularCICATA-IPN, Unidad QuerétaroCerro Blanco 141Colinas del Cimatario76190 Querétaro, Qro.

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