Lubricación de Cojinetes
Todos los cojinetes requieren algún tipo de lubricante. Los lubricantes proporcionan un medio para reducir la fricción, lo que a su vez disminuye el calor y el desgaste. Además, protegen las superficies del cojinete contra la corrosión y la contaminación por partículas externas.
Los lubricantes para cojinetes lisos típicos pueden incluir aire comprimido, nitrógeno comprimido, metales fundidos, agua, queroseno, refrigerantes líquidos, aceites o grasas (entre otros). Los lubricantes para cojinetes antifricción comunes pueden incluir aceite mineral, grasa y aceites de origen vegetal (entre otros).
Antes de discutir los tipos de lubricantes para cojinetes disponibles, es esencial comprender las propiedades deseadas del lubricante. Es importante recordar que una lubricación incorrecta (demasiada o muy poca) es una causa común de fallos en los cojinetes.
Viscosidad
La viscosidad determina la resistencia al flujo de un lubricante; es la característica más crucial de un lubricante. La miel viscosa tiene una alta viscosidad, mientras que el agua tiene una baja viscosidad. Generalmente, se utilizan lubricantes de mayor viscosidad para cargas más altas y velocidades más bajas. Se emplean lubricantes de menor viscosidad para cargas más bajas y velocidades más altas.
Consejo: Si no puedes recordar si los líquidos más espesos tienen alta o baja viscosidad, intercambia la palabra 'viscosidad' por 'resistencia al flujo', por ejemplo, 'la miel tiene una alta viscosidad' se convierte en 'la miel tiene una alta resistencia al flujo'.
Aplicaciones de Lubricantes
Índice de Viscosidad (VI)
El índice de viscosidad (VI) describe la relación de la viscosidad de un lubricante con la temperatura.
- Un alto índice de viscosidad indica que el lubricante no se ve significativamente afectado por los cambios de temperatura.
- Un bajo índice de viscosidad indica que el lubricante es muy sensible a la temperatura.
Punto de Inflamación, Punto de Fuego y Punto de Congelación
Otros factores importantes para los lubricantes son el punto de inflamación, el punto de fuego y el punto de congelación.
- Punto de inflamación – la temperatura más baja a la que los vapores generados por un material se encienden.
- Punto de fuego – la temperatura más baja a la que los vapores generados por un material continúan ardiendo incluso después de retirar la fuente de ignición.
- Punto de congelación – la temperatura a la que un líquido deja de fluir (bajo gravedad).
El punto de inflamación y el punto de fuego son particularmente importantes al seleccionar lubricantes para aplicaciones de alta temperatura. Un lubricante inadecuado para aplicaciones de alta temperatura puede aumentar el riesgo de incendio.
El punto de congelación es crucial al seleccionar lubricantes para aplicaciones de baja temperatura. Un lubricante inadecuado para aplicaciones de baja temperatura puede congelarse, deteniendo las bombas y dañando componentes que ya no reciben lubricación.
Tipos de Lubricantes (animal, vegetal, aceite y sintético)
El lubricante tradicional para cojinetes era la grasa animal. La grasa de animales domesticados como vacas, cerdos y cabras se utilizaba como lubricante para muchas aplicaciones, incluyendo el engrase de los ejes de los carros de guerra. Posteriormente, se usaron lubricantes de origen vegetal, como palma, ricino, girasol, colza y soja. Casi todos los lubricantes modernos están basados en aceite mineral o son sintéticos.
Existen muchos lubricantes diferentes debido a la gran variedad de equipos, en numerosos sistemas diferentes, que requieren lubricación. Presión, temperatura, velocidad y carga son solo algunos de los factores que afectan a los lubricantes. La velocidad puede no ser un factor obvio, pero las fuerzas centrífugas (centrípetas en términos de física real) que una máquina genera durante la operación pueden desplazar el lubricante, lo que lleva a fricción y desgaste.
Los lubricantes a base de aceite mineral son con mucho los más populares debido a su bajo costo y versatilidad. Los lubricantes sintéticos generalmente son mucho más costosos que los lubricantes a base de aceite mineral y, por lo tanto, no son tan comunes. Los lubricantes a base de grasa animal no son viables para muchas aplicaciones debido a su baja disponibilidad comparativa (el mundo moderno necesitaría sacrificar muchos animales continuamente para satisfacer sus demandas actuales de lubricación); un problema adicional con las grasas animales es que algunas religiones no permiten el manejo de ciertas grasas animales, por ejemplo, la grasa de cerdo.
Los aceites vegetales han experimentado un reciente crecimiento en su uso debido a los avances en tecnología. Los aceites vegetales pueden tener muchas ventajas sobre los lubricantes a base de aceite mineral, estas incluyen:
- Un nivel muy alto de lubricidad (es decir, su 'deslizamiento').
- Un alto índice de viscosidad.
- Puntos de inflamación más altos.
- Puntos de fuego más altos.
Los aceites vegetales también son biodegradables, un factor que se está volviendo más relevante debido al creciente número de regulaciones sobre contaminación ambiental. Un consumidor común de lubricantes a base de vegetales son las plantas industriales que operan en la industria alimentaria comestible; estas plantas se ven obligadas a usar lubricantes a base de aceite vegetal debido al riesgo asociado con la contaminación del producto (la gente no quiere comer alimentos que contengan trazas de aceite mineral).
Una de las mayores desventajas de los aceites vegetales es su rápida oxidación a alta temperatura en comparación con los aceites minerales. La oxidación del aceite vegetal lleva a una reducción en sus propiedades lubricantes.
Estados de los Lubricantes (gas, líquido, semisólido y sólido)
Los lubricantes pueden ser gas, líquido, semisólido o sólido.
- Los lubricantes gaseosos comunes incluyen aire, nitrógeno y helio.
- Los lubricantes líquidos comunes incluyen aceites minerales y vegetales.
- Los lubricantes semisólidos comunes incluyen todo tipo de grasas (los agentes espesantes pueden ser a base de jabón o no jabón).
- Los lubricantes sólidos comunes incluyen grafito y ciertos polímeros como el PTFE.
Lubricantes Gaseosos
Los lubricantes gaseosos se utilizan para aplicaciones de muy baja carga con muy pequeña separación/holgura entre las superficies de contacto. Los lubricantes gaseosos carecen de las capacidades de enfriamiento y lubricación de otros lubricantes, pero pueden operar en un amplio rango de temperaturas y no se vaporizan, cavitan o descomponen. Debido a las tolerancias muy finas involucradas con este tipo de lubricante, se requieren diseñadores y fabricantes especializados.
Lubricantes Líquidos
Los lubricantes líquidos pueden soportar altas cargas mientras también tienen propiedades de enfriamiento y lubricación deseables. Los lubricantes líquidos pueden ser alimentados al punto de uso por tanques de gravedad, bombas, copas de aceite o sumergiendo el componente dentro del lubricante líquido en sí (los cojinetes de empuje de eje vertical a menudo usan este enfoque).
Aceite de Lubricación
Debido a que el calor puede ser eliminado del área lubricada y enfriado externamente, los lubricantes líquidos pueden ser utilizados para aplicaciones de alta temperatura en comparación con otros lubricantes. Generalmente, la viscosidad de los lubricantes líquidos elegidos disminuirá a medida que la velocidad aumente y aumentará a medida que la carga aumente.
Semisólido
Los lubricantes semisólidos son lubricantes líquidos mezclados con aditivos y agentes espesantes (a menudo a base de jabón como el estearato de sodio, estearato de calcio o estearato de litio). Las grasas típicas pueden consistir en 75-95% de aceite, 0-5% de aditivos y 5-20% de jabón. Las grasas tienen la ventaja de permanecer in situ una vez aplicadas, no necesitan ser repuestas a menudo y actúan como una barrera para sellar los contaminantes. Las mayores desventajas de las grasas son sus pobres propiedades de disipación de calor (poca capacidad para rechazar el calor) y su incapacidad para eliminar contaminantes que pueden quedar atrapados en la grasa.
Lubricantes Sólidos
Los lubricantes sólidos son más efectivos a cargas y presiones más altas que otros tipos de lubricantes, y también ofrecen buena estabilidad a temperaturas elevadas (dependiendo del material). Pero en comparación con otros lubricantes, tienen un coeficiente de fricción más alto (generan más calor cuando están en operación) con pobres propiedades de disipación de calor. Los lubricantes sólidos son raramente adecuados para aplicaciones de alta velocidad.
Recursos Adicionales
https://www.amroll.com/bearing-lubrication.html
https://koyo.jtekt.co.jp/en/support/bearing-knowledge/12-1000.html