Tipos y lubricantes, Aunque las sustancias de uso más frecuente como lubricantes han sido aceites o grasas, pueden ser adecuados muchos otros materiales de naturaleza muy diferentes. Los sólidos y los fluidos (aire u otros gases y también líquidos) se emplean como lubricantes. El lubricante desempeña, con frecuencia, funciones simples: es un medio para transferencia de calor, protección contra herrumbre y la corrosión, sellador y arrastrar o suspender los contaminantes.

La aplicación particular, en sus múltiples aspectos, determina la selección del lubricante. Los lubricantes se fabrican y modifican a fin de que tengan ciertas características específicas, que se pueden definir en términos de propiedades físicas o químicas o por su acción y rendimiento.

El concepto del lubricante como parte de las consideraciones en el proyecto, han ayudado a dar importancia necesaria a los aspectos de la lubricación en el funcionamiento de mecanismo y han dado como resultado un rendimiento más satisfactorio. Los fabricantes y los proveedores de equipo seleccionan los lubricantes aptos para las condiciones de operación que se esperan para este equipo; se deben seguir sus recomendaciones.

LUBRICANTES LÍQUIDOS

Aunque hay muchos líquidos, inclusive el agua, que se pueden usar como lubricantes, los de uso más frecuente son lo de base de petróleo o los basados en fracciones de petróleo refinado o líquidos sintéticos. Los lubricantes líquidos de petróleo son los de uso más extenso, debido a su adaptabilidad general a la mayoría de los equipos existente y/o por su disponibilidad a costo moderado. Los aceites lubricantes derivados del petróleo a partir de hidrocarburos naturales. Los tres tipos principales de petróleo crudo son: parafínico, mixto y nafténico. Las fuentes importantes de petróleo crudo están dispersas por todo el mundo, en tierra o fuera de la costa.

Las pruebas físicas se utilizan con frecuencia para caracterizar a los aceites de petróleo, porque el rendimiento del lubricante a menudo depende o está relacionado con esas propiedades físicas. Las pruebas físicas usuales incluyen medición de la viscosidad, densidad, punto de fluencia, densidad específica, inflamación e ignición, separación de las emulsiones, olor y color. Las pruebas químicas incluyen pruebas para residuos de carbón, oxidación, corrosión, acidez, aceitocidad, extrema presión, azufre, cenizas y número de precipitación.

La viscosidad, quizá, la propiedad individual más importante de un lubricante y en ella influyen la temperatura, presión y esfuerzos cortantes (movimiento de líquidos)

El viscosímetro Saybolt Standard Universal es el instrumento para probar y determinar la viscosidad de los lubricantes de petróleo entre 21 y 99°C y los resultados se expresan en segundos Saybolt universales (SUS).

La viscosidad cinemática, una determinación fundamental y preferida, se puede obtener con instrumentos del tipo capilar en condiciones de flujo newtoniano. Está disponible un buen número de instrumentos capilares aceptables en el comercio.

El cálculo de la viscosidad absoluta (dinámica) se puede hacer a partir de la viscosidad cinemática y de la densidad. Un método para convertir la viscosidad cinemática ya

viscosidad Saybolt Universal o Saybolt Furol está disponible en forma de tablas muy convenientes.

La variación de la viscosidad con la temperatura en los aceites derivados del petróleo se puede determinar con exactitud cuándo se conocen las viscosidades a dos temperaturas cualesquiera. Las gráficas de viscosidad-temperatura normales están disponibles para este fin para viscosidades tanto como Saybolt como cinemática. El procedimiento señala que dos puntos conocidos de viscosidad-temperatura se trazan sobre una gráfica aplicable; después se unen los dos puntos con exactitud con una línea recta. Cualquier punto de la línea, dentro de la gama explicita indica la viscosidad correspondiente a la temperatura o viceversa. En la figura 1 aparece una grafica típica. El aceite multigrado SAE 10W-40 cumple con las especificación de viscosidad para un aceite grado 10W a 18°C y de un aceite grado40 a 99°C

Las tablas de viscosidad según la temperatura de la ASTM son de uso muy conveniente para predecir la composición requerida en un aceite lubricante mezclado, de dos componente o para calcular la composición de una mezcla existente de aceite, cuando se conocen las viscosidades de la mezcla existente de aceite, cuando se conocen las viscosidades de la mezcla y de los dos componentes. La escala vertical está relacionada casi en forma lineal con la composición de una aceite mezclado de dos componentes y se puede usar sin cambio. La escala horizontal entre 18 y 38°C se ha vuelto a numerar de 0 a 100% y se utiliza para representar el porcentaje, por volumen, del aceite de alta viscosidad del aceite de baja viscosidad en la línea de 100%. Si se conectan los dos puntos con una línea recta, se puede leer la

composición volumétrica de cualquier mezcla de viscosidad intermedia. A la inversa, se puede calcular la composición de una mezcla cuando se conocen las viscosidades de dos componentes y de la mezcla.

Numero de viscosidad SAE los números de viscosidad SAE para aceites para motores de combustión interna, constituyen una clasificación solo en términos de viscosidad y aparecen en la Tabla 1

Algunos aceites con curvas de viscosidad-temperatura plenas quedan dentro de los límites de dos grados SAE; por ello se llaman aceites multigrado o de grado múltiple. Por ejemplo, un aceite con una viscosidad de 15 centistokes a 99°C. y de 1300 centistokes a 18°C sería un aceite de grado 10W-40 (La “W” en el numero indica que ese aceite contiene ingredientes especiales para inviernos muy fríos). Para preparar estos lubricantes multigrado se utilizan aceites básicos seleccionados que adicionan mejoradores del índice de viscosidad.

La selección de aceite para motor para uso en invierno se debe basar en las temperaturas atmosféricas más bajas que se esperan, un aceite para verano se debe basar en las temperaturas más altas que se esperen. Se recomienda en general tomar en cuenta las siguientes temperaturas para la selección del grado o viscosidad SAE adecuado: -23, -18, -12, 0 y 32.

Los numero de viscosidad SAE para lubricantes de engranes o transmisiones constituyen una clasificación solo en términos de viscosidad y aparecen en la Tabla 2.

La clasificación está basada en la viscosidad del lubricante obtenida a temperaturas altas y bajas. Las viscosidades para altas temperaturas se determinan de acuerdo con el Método ASTM D455. Las viscosidades para bajas temperaturas se determinan de acuerdo con el Método ASTM D2983-71T y con el viscosímetro Brookfield. Las dos unidades están relacionadas como sigue:

cPDensidad ,g /ml

=cSt

El Método ASTM D2422-68 ofrece una base común para la designación, especificación de la viscosidad de lubricantes industriales líquidos. Se especifican 16 grados de viscosidad basados en una serie matemática de números, por viscosidad nominal a 38°C (100°F) tanto en centistokes como en SUS. Se aplican a líquidos en la gama de 2 cSt (32 SUS) hasta 1 500 cSt (7 000 SUS) a 38°C (100°F) y abarcan líquidos desde el queroseno (petróleo diáfano) hasta aceites guesos para cilindros.

El índice de viscosidad (i.v) es un sistema empírico para expresar la tasa de cambio de viscosidad de un aceite según los cambios en la temperatura. Se basa en la comparación de las mediciones de viscosidad de fracciones de crudos ligeros (L) y pesados (H), que se seleccionaron porque parecía poseer los límites máximo y mínimo de sensibilidad de la viscosidad según la temperatura y, por tanto, se les asignaron índices de viscosidad de 0 y 100 como presuntos finales de una escala de índice de viscosidad de 100 puntos. Aunque se espera que todos los demás aceites recaigan dentro de estos límites, el posterior advenimiento de la refinación con disolventes, el

uso de modificadores tales como los polímeros y la fabricación de aceites sintéticos, han dado por resultado lubricantes que están por completo fuera de la escala de índice de viscosidad en ambas direcciones.

El procedimiento para calcular el i.v. de un aceite es determinar su viscosidad a 38 y 99°C (100 y 210°F). para los cálculos del índice de viscosidad se utilizan el Método Standard (ASTM D2270-64) y las tablas de viscosidad de ASTM (Serie de Datos ASTM, DS39a).

Los aceites con índices de viscosidad superiores a 100 se pueden hacer a partir de una amplia variedad de petróleo crudo, mediante refinación con disolventes, incorporación selectiva de aceites parafínicos, con la adición de pequeñas cantidades de aditivos poliméricos de alto peso molecular a los aceites básicos o con combinaciones de estos métodos. Los lubricantes con buenas curvas temperatura- viscosidad (índice elevado de viscosidad) son deseables cuando hay grandes variaciones en las temperaturas.

Cuando los aceites lubricantes están sometidos a presiones muy altas, de varios miles de lb/pul2, aumenta su viscosidad. Cuando las presiones de la película de aceite están en este orden de magnitud, se debe tener en consideración la influencia sobre la viscosidad. Se ha derivado un buen número de ecuaciones empíricas para relacionar la viscosidad con la presión. En los cojinetes, engranes y trenes de engranes y otros elementos de máquinas sometidos a cargas pesadas, las altas presiones de la película influirán en la viscosidad, con un aumento concurrente en las fuerzas de fricción y la capacidad de carga.

La Compresibilidad de los aceites lubricantes, en especial los que se usan en sistemas hidráulicos, está adquiriendo importancia creciente. La compresibilidad debe ser siempre lo más baja que sea posible, a fin de evitar el funcionamiento torpe de estos sistemas. La compresibilidad, por lo general, se expresa como porcentaje de reducción en volumen a una presión dada o como la relación entre los volúmenes comprimidos y sin comprimir.

Puntos de Oscuridad(nube) y fluidez Los aceites de petróleo, cuando se enfría pueden volverse sólidos plásticos como resultado, ya sea, de una separación parcial de las parafinas o ceras, o de una congelación de los hidrocarburos que lo componen. En algunos aceites, la separación de la parafina se hace visible a temperaturas un poco más altas que el punto de solidificación y cuando se alcanza dicha temperatura en condiciones prescritas, se conoce como punto de oscuridad (nube) según ASTM D2500-66). En los aceites en los cuales la parafina no se separa antes de la solidificación o en los cuales la separación es invisible, bueno se puede determinar el punto de oscuridad. La temperatura a la cual empieza justamente a fluir, en las condiciones prescritas, se conoce como punto de fluidez (ASTM D97-67).

El punto de fluidez indica la temperatura más baja a la cual fluirá o circulará un aceite hacia la bomba, cojines o paredes de cilindros. El de particular importancia la circulación inmediata del aceite cuando se arranca un motor en frío o en los sistemas de lubricación por gravedad, ya que la fluidez es un factor del punto de fluidez y de la viscosidad del aceite frío. Se pueden agregar depresores del punto de fluidez a los

aceites que contienen parafina para descender el punto de fluidez en vez de desparafinarlos.

Densidad La densidad de los aceites lubricantes, se expresa en densidad específica, Método Standard ASTM DI297-67 o en densidad API.

LUBRICANTES LÍQUIDOS

Los aceites de baja viscosidad tienen densidades API más altas que los aceites de viscosidades mayores de la misma serie de petróleo crudo. Los aceites parafínicos son los de densidades API más ligeras o más altas, los nafténicos son intermedios y los aceites animales y vegetales son los más pesados (gruesos) o sea, los de densidad API baja. La densidad relativa o específica de un aceite es la relación de su peso con la de un volumen igual de agua, ambos medidos a 16°C (60°F). la densidad de los aceites lubricantes no es de ningún valor en la predicción de la calidad, aunque de un indicio del origen de la base de petróleo crudo.

Puntos de Inflamación y de combustión El punto de inflamación de un aceite es la temperatura a la cual se debe calentar hasta que se desprendan suficientes vapores inflamables, que se inflamen al ponerlos en contacto con una llama. El punto de combustión es la temperatura más alta a la cual continuarán ardiendo los vapores del aceite una vez que se han inflamado. El Método Standard ASTM 92-72 se utiliza en los aceites lubricantes para probar los puntos de inflamación y de combustión por medio del ensayador de copa abierta. En general, el punto de inflamación abierto es de 17°C (30°F) más alto que el punto de inflamación cerrado; el punto de combustión es de unos 28 a 39°C (50 a 70°F) mayor que el punto de inflamación abierto. Los puntos de inflamación y de combustión pueden variar de acuerdo con la naturaleza del petróleo crudo original, la viscosidad y el método para refinación. Para la misma viscosidad y el mismo grado de refinación, los aceites parafínico tienen puntos de inflamación y combustión más altos que los aceites nafténicos..

Prueba de emulsión con vapor de agua La prueba ASTM DI 401-67, Características de Emulsión de Aceites de Petróleo y Sintéticos y la ASTM D2711-69 Características de Demulsibilidad de Aceites Lubricantes, se utilizan para medir la capacidad para la separación del agua y el aceite. Aunque la primera está destinada en forma específica para aceites de turbinas de vapor, se puede usar para otros aceites. Cuando el aceite se emulsifica y demulsifica en las condiciones prescritas, se anota el tiempo requerido (a intervalos de 5 minutos) para que la emulsión se reduzca a 3ml o menos.

Color El color de un aceite lubricante se obtiene por referencia a la luz transmitida; el color por luz reflejada se llama fluorescencia. El color de un aceite indica la uniformidad de un grado o marca particular y no su calidad. La prueba ASTM D1500-64 se usa para la determinación visual del color de los aceites lubricantes, petróleos, para calderas de calefacción, combustible diesel y ceras de petróleo, con un colorímetro normalizado. El método compara las muestras contra testigos de vidrio para el color y da los resultados del color en términos de la Escala de Color y da los resultados del color en términos de la Escala de Color ASTM; también permite la comparación con el anterior Colorímetro Unión de ASTM. La escala de color va del 0.5 al 8; los aceites más oscuros que el color 8 se diluyen con queroseno según lo indica el método para la prueba y, después, se observan en la misma forma que los aceites

de colores más claros. Para determinar el color de los productos de petróleo con color más claro que el 0.5, se puede usar ASTM D156-64 Prueba para Color Saybolt de Productos de Petróleo.

Tabla 2. Clasificación de viscosidad SAE (J306a) para lubricantes para ejes y transmisiones manuales

No. De viscosidad

SAE

Temperatura máxima para viscosidad de

150 000 cP (150 Pa/s)Viscosidad a 99°C (210°F)

Min Max

°F °C cSt SUS mm2/s cSt SUS mm2/s|75W -40 -40 4.2 40 4.280W -15 -26 7.0 49 7.085W +10 -12 11.0 63 11.090 14.0 74 14.0 <25 120 25

140 25.0 120 25.0 <43 200 43350 43.0 200 43.0