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Grasas Lubricantes

Las grasas lubricantes mantienen su propiedades de lubricación y viscosidad para reducir los costes de mantenimiento, el fallo de componentes y el tiempo de inactividad en aplicaciones exigentes. Són materiales sólidos a semi-sólidos consistentes en un fluido lubricante, un espesante y aditivos.  Se emplean en muchas de aplicaciones industriales como cojinetes, rodamientos y otras piezas móviles.

Este tipo de lubricantes industriales se crean a partir del aceite sintético a base de perfluoropoliéter (PFPE) o similar añadiendo espesantes o aditivos en polvo. El espesante forma una barrera que mantiene el aceite en los puntos de contacto y de fricción proporcionando una lubricación a largo plazo, sin requerir de otros sistemas más complicados como la recirculación de aceite.

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¿Qué son las Grasas Lubricantes?

Una grasa lubricante es un material semifluido formado por un espesante, un aceite base y, normalmente, un conjunto de aditivos. La naturaleza y porcentajes de la grasa dependen mucho de las aplicaciones para las cuales va a estar destinada. 

Generalmente clasificadas a partir de su grado de fluidez y consistencia o viscosidad. Las grasas lubricantes se agrupan en función de sus componentes. En el sector industrial solemos hablar de grasas minerales, grasas sintéticas y grasas totalmente sintéticas, diferenciando si están basadas en aceite mineral, en aceite sintético o en espesantes sintéticos.

Algunas partes de las máquinas industriales están diseñadas de tal manera que la lubricación que necesitan no se puede realizar de manera óptima con un aceite lubricante, por ello se necesita una grasa lubricante que permita lubricar las zonas y piezas en los que no es adecuado ni cómodo usar un aceite industrial.

Las ventajas más relevantes delas grasas industriales respecto a los aceites lubricantes industriales:

  • Mayor adherencia a superficies
  • Mejor capacidad de sellado y aislamiento del medio
  • Excelente protección contra el desgaste
  • Superior lubricación frente a altas cargas y bajas velocidades
  • Superior protección contra la corrosión
  • Más amplio rango de temperaturas de operación
  • Más efectiva absorción de ruido y vibraciones
  • Menor migración del punto de lubricación
Nota: La información descrita sobre las grasas lubricantes está referenciada a los principios básicos, para cada producto la información válida es la contenida en las fichas técnicas, dado a que la formulación del propio producto varía las propiedades del mismo.

¿Quiere saber más sobre las Grasas Lubricantes ?

Las grasas lubricantes están compuestas por tres elementos:

  • Aceite base lubricante del 65 a 95 %
  • Jabón o espesante del 5 al 35 %
  • Aditivos líquidos y/o sólidos del 0 al 10 %

Las cantidades de las grasas lubricantes definirán su clasificación:

  • Grasa: 10% sólidos
  • Grasa-pasta: del 10 al 40 % de sólidos
  • Pasta: más del 40 % de sólidos

Tipos de aceite base

Se pueden utilizar una gran variedad de tipos de aceite base en grasas lubricantes. Lo más usual es utilizar un aceite de base mineral o alguno de las familias de lubricantes sintéticos, aunque también pueden utilizarse bases vegetales.

Aceite Base mineral

Las bases minerales se obtienen mediante la destilación del crudo. Pueden ser tanto de origen parafínico como nafténico.

Bases parafínicas

Son las más comunes y son estables a altas temperaturas pero, debido a su alto contenido en parafinas, no funcionan muy bien a bajas temperaturas. Los aceites parafínicos con mucha viscosidad tienen una gran resistencia a la oxidación, pero por otro lado no son compatibles con jabones de calcio o sodio que son los espesantes mas comunes.

Bases nafténicas

Estas bases son menos estables que las parafínicas a altas temperaturas pero funcionan bien a bajas temperaturas. Al utilizar estas bases se debe añadir inhibidores de la oxidación. En algunas aplicaciones se utilizan nafténicos con índices de viscosidad medios o bajos ya que tienen un bajo contenido en ceras, lo que mejora mucho el funcionamiento a bajas temperaturas.

Base sintética

Para la mayoría de las aplicaciones, un aceite mineral convencional es suficiente para garantizar una buena lubricación. Es importante remarcar, que en los casos en que las condiciones son muy severas, suele ser recomendable utilizar una grasa que posea un aceite de base sintética.

Las bases sintéticas se obtienen a partir de unidades de moléculas simples para obtener estructuras mayores con unas propiedades específicas. Son refinados de aceites vegetales y/o del petróleo.

Al producir un hidrocarburo sintético, es posible elegir el porcentaje de cada tipo de moléculas en el lubricante final.

Si la grasa lubricante va a formar parte de un sistema en el que hay temperaturas extremas o mucha presión, la elección de un aceite sintético suele ser la mejor opción gracias a su mayor índice de viscosidad, estabilidad térmica y oxidativa. Trabajan bien en la mayoría de rangos de temperatura.

Las bases sintéticas más típicas son:

Polialfaolefinas (pao)

Son las bases sintéticas comunes y utilizadas ya que presentan una buena estabilidad térmica. Por otro lado, requieren de antioxidantes y tienen poca capacidad para disolver algunos aditivos. También, se caracterizan por una baja formación de depósitos y son resistentes a la corrosión.

Posee un elevado índice de viscosidad, lo cual añadido a un paquete de aditivos bien equilibrado, minimiza la descomposición del aceite y prolonga la vida útil del aceite. A altas temperaturas de trabajo, este elevado índice de viscosidad ofrece un espesor de la película lubricante mayor que los productos en base a aceite mineral. Es compatible con la mayor parte de las piezas comunes de las máquinas, así como con los aceites minerales.

Ésteres

Tienen buena estabilidad térmica y excelente solvencia. Fluyen limpiamente y tienden a disolver barniz y sedimentos, no dejan depósitos. Si hay peligro de
contaminación por agua, deben adicionarse aditivos específicos para evitar la
hidrólisis y proporcionarle una estabilidad a la oxidación. Poseen un amplio intervalo de temperaturas de trabajo, buena resistencia de la película y baja volatilidad. Normalmente son ésteres de polialcoholes donde todos los grupos OH están esterificados: trimetilolpropano, trioleína,…

Poliglicoles (glicoles polialquenos)

Exhiben una buena estabilidad térmica en presencia de aditivos antioxidantes por tener una alta conductividad térmica. Tienen altos índices de viscosidad, pudiéndose utilizar en amplios rangos de temperaturas. 

Debido a la agresividad de estos compuestos no será posible utilizarlos a no ser que se posean juntas y pinturas especiales. Ejemplos típicos son el polipropilenglicol y el dipropilenglicol.

Siliconas

Son polímeros de organosiloxanos basados en una estructura consistente en átomos de O y Si alternados, con radicales orgánicos unidos a los átomos de Si. 

Una uso interesante de este tipo de lubricantes en aplicaciones que entran en contacto con elementos radiactivos, ya que poseen muy buena resistencia a la radiación. Además poseen una buena resistencia térmica y buena resistencia a la oxidación. 

Sus principales peculiaridades son que poseen una baja tensión superficial lo que permite una amplia extensión en las superficies metálicas, especialmente en el acero y tienen un alto índice de viscosidad (por tanto pequeñas 

Perfluoropolietileno (pfpe)

Tienen las mejores características como lubricantes por ser ambientalmente inertes y por su alta densidad, pero también tienen una alta volatilidad.

Tipos de espesantes

El agente espesante proporciona una red tridimensional, similar a la estructura de una esponja, que retiene el lubricante entre sus poros. 

La función de dicho espesante es actuar de manera permeable a modo de depósito de aceite, permitiendo la liberación de éste para lubricar la zona requerida durante el funcionamiento y su absorción cuando cesa dicha solicitud para evitar las fugas y las perdidas por evaporación.

Este ingrediente solidificante va a determinar la calidad final y el tipo de aplicación de la grasa (es el que le confiere propiedades tales como resistencia al agua, capacidad de sellado y resistencia a altas temperaturas sin variar sus propiedades ni descomponerse).

Existen diferentes tipos de espesantes. Se pueden clasificar como jabones metálicos simples/complejos, espesantes con base no jabonosa, e inorgánicos. En función de que se quiera uno u otro su fabricación es diferente.  

Jabones metálicos

Los jabones se fabrican mediante la reacción de una sustancia alcalina o alcalinotérrea (normalmente un hidróxido metálico) y un ácido graso o éster de origen vegetal o animal sometido a condiciones de temperatura, presión y agitación. A esta reacción se la conoce como saponificación. 

Como el jabón obtenido tiene una parte con naturaleza inorgánica las 9 moléculas del espesante son sólo parcialmente solubles en aceite. 

El resultado es una reticulada microscópica formada por fibras de 4 a 10 micras cuyos poros retienen el lubricante.  

Jabones de litio

Los jabones de litio se utilizan como espesantes de grasas lubricantes en
aplicaciones de alta temperatura.

Jabones de calcio

Suelen ir acompañados de agua debido a que se les adiciona para darles mayor estabilidad. Se forman haciendo reaccionar un ácido graso con hidróxido cálcico en un medio de aceite mineral. 

La apariencia es de fibras empaquetadas con una textura suave. Tienen una baja estabilidad térmica (bajo punto de gota) y buena estabilidad mecánica así como muy buena resistencia al agua y por eso se usan para lubricar bombas de agua.

Jabones de aluminio

Su apariencia es como un gel suave. Tienen un bajo punto de gota (110ºC) y una buena resistencia al agua.Se usan para aplicaciones húmedas y para lubrificar cojinetes de baja velocidad.

Jabones de sodio

Se forman haciendo reaccionar un ácido graso con hidróxido sódico en un medio de aceite mineral. Tienen una textura fibrosa áspera y puntos de gota bastante altos. Poseen una mala resistencia al agua, pero excelentes propiedades antiherrumbre y corrosión. 

Son adecuados para equipos que requieran lubricación frecuente, aunque su uso es bastante reducido por su poca versatilidad y su facilidad a hidratarse. Además son susceptibles a transiciones de fase y endurecimiento. Puntos de gota de aproximadamente 200ºC.

Espesantes con base no jabonosa

Poliurea

El más utilizado es la poliurea. Se prepara haciendo reaccionar isocianatos con aminas. Poseen una buena resistencia al agua. Buena estabilidad térmica (puntos de gota 240ºC). Alta durabilidad (se usan en sistemas de sellado de por vida). Poseen una muy buena estabilidad frente a la oxidación. No poseen metales, los cuales catalizan la oxidación de aceites. 

Tienen la propiedad de ser más viscosas a elevada temperatura y volver a sus condiciones normales a temperatura ambiente. Estas grasas tienen un amplio campo de aplicación tanto en la industria como en automoción.

Otros espesantes con base no jabonosa son las sales del ácido tereftálico, del ácido fosfórico… aunque tienen escasa aplicación.

Espesantes inorgánicos

Su fabricación es relativamente sencilla, se trata de dispersar el espesante en una parte o en todo el fluido. Hay espesantes tipo bisulfuro de molibdeno y grafito (aditivos físicos).

Aportan características de protección EP y durabilidad a la grasa. Se suelen usar en elementos altamente cargados, y a diferencia de los aditivos EP, estos no reaccionan químicamente con la superficie del metal.

Los espesantes basados en la sílice toleran la radiación, por lo que se suelen usar en engranajes de elementos en centrales nucleares.

Otro tipo de espesantes inorgánicos son las arcillas modificadas. Éstas, pueden ser del tipo bentonita, silicatos de aluminio con grupos organofílicos.

La bentonita es muy recomendable para altas temperaturas (se utilizan en aplicaciones aeroespaciales), pero podría ocasionar problemas en movimientos lentos de alta presión si no tiene un buen paquete de aditivos.

Las láminas de arcilla no se rompen con el cizallamiento, así que teóricamente la pérdida de viscosidad es reversible. 

Ciertos aditivos (sulfonatos, naftonatos de plomo y algunos compuestos órgano-fosforados) son incompatibles con este espesante porque desestabilizan el gel. Necesita la incorporación de un activador polar.

Tipos de aditivos

Se utiliza una gran variedad de aditivos para mejorar las características de una grasa al igual que se hace con los aceites. Los aditivos pueden alterar el comportamiento de las grasas lubricantes. 

Los factores que influencian la selección de aditivos son:

  • Requerimientos de la aplicación (aplicación del producto)
  • Compatibilidad (reacciones)
  • Consideraciones ambientales (aplicación del producto, olor, biodegradabilidad, disposición)
  • Color
  • Coste

Existen cuatro tipos de aditivos dependiendo del tipo de característica del aceite que éstos mejoren:

1. Propiedades químicas  

Antioxidantes 

Impide la oxidación y descomposición de la grasa. Descomponen los peróxidos y terminan la reacción en cadena de radicales libres. Generalmente son compuestos amínicos, fenólicos o ZDDP.  

Anticorrosivos

Suspende la corrosión de las superficies metálicas si ésta ya se ha originado o la evita en caso de que se pueda presentar. Se añaden debido al efecto nocivo del oxígeno atmosférico y el agua, que pueden generar un serio problema de mal funcionamiento. 

Este problema es especialmente importante en aplicaciones de engranajes de acero. 

Pasivadores (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.

  • Mercaptobenzotiazolo
  • Complejos orgánicos que contienen nitrógeno y azufre
  • Aminas
  • Sulfuros
  • Fosfitos
  • Generan una capa inactiva en la superficie del metal mediante la complejación con iones metálicos.

2. Propiedades estructurales

  1. Modificadores
  2. Adherencia

3. Propiedades reológicas

Mejoradores del índice de viscosidad

Los mejoradores del índice de viscosidad son aditivos que mejoran las características viscosidad-temperatura de aceites base. 

Una viscosidad baja supone poca fricción y un buen arranque en frío, pero también un peligro de rotura de película a altas temperaturas. 

Un índice de viscosidad alto asegura que la capa de lubricante sea adecuada en un alto rango de temperaturas de trabajo. Existen tres clases de mejoradores de viscosidad: Polimetraclilatos, Polibutenos, Copolímeros de poliolefina, 

Depresores del punto de congelación

Al enfriarse progresivamente un aceite mineral que contiene parafinas lineales, se llega a una temperatura en la que el aceite se enturbia y pierde su brillantez (es lo que se llama punto de niebla). Esto ocurre debido a que dichos materiales empiezan a cristalizar y a separarse de la disolución en que se encontraban. Al continuar el enfriamiento, llega un momento en que el aceite deja de fluir.

Cuando esto ocurre se produce una pérdida de lubricación a ciertas temperaturas. Para superar estos problemas, existen unas sustancias de elevada actividad superficial capaces de recubrir los cristales de parafina a medida que se forman inhibiendo su crecimiento. Los depresores del punto de congelación típicos son los polimetacrilatos.

4. Lubricación límite

Antidesgaste

Reducen el desgaste de las superficies al evitar el contacto directo entre ellas. 

Dentro de los aditivos antidesgaste, nos podemos encontrar con dos tipos: Aditivos a base de fósforo. Suelen ser del tipo triarilfosfato o triarilfosfotionatos. Zinc dialquil difosfato.

EP

Reducen la fricción permitiendo que la película lubricante soporte mayores cargas y las superficies deslicen más fácilmente. 

Los compuestos de extrema presión se pueden dividir en: Compuestos sulfurados. Compuestos clorados (corresponden a parafinas cloradas), compuestos de fósforo (son tipo amina fosfatada) Naftenatos (son sales de ácido nafténico). Mezcla de los anteriores o compuestos del tipo borato potásico. Estos compuestos vienen estabilizados con glicerina.

Clasificación de las grasas lubricantes

Grado de consistencia de una grasa

El National Lubricating Grease Institute o NGLI , establece una clasificación estándar de las grasas en función de la consistencia. 

Una grasa aumenta su consistencia al incrementar el contenido en espesante. 

La cantidad de espesante en una grasa varía desde el 2% en grasas muy fluidas, hasta el 25%  en grasas consistentes.

El sistema para clasificar las consistencias de las grasas, se define por la penetración producida por la caída de un cono estándar en una muestra de grasa (ASTM-D-217). 

Dependiendo del valor obtenido en esta prueba, la grasa se clasifica en uno de los 9 grados que se muestran en la tabla 6 que a tal efecto define el NLGI.

Estos grados van desde el 000 para las grasas más fluidas, hasta el 6 para las grasas de mayor consistencia.

Influencia de la temperatura en la consistencia de una grasa.

A altas temperaturas, el comportamiento de una grasa dependerá en gran medida de la naturaleza del aceite y del tipo de espesante que componga la grasa, pero por lo general, un aumento de temperatura provocará una disminución progresiva de la consistencia hasta alcanzar un punto en el que la estructura reticular del espesante se destruye, liberando el aceite por completo. 

La temperatura a la que se produce esta rotura va a depender principalmente del tipo de espesante. 

Las variaciones de temperatura ambiente, no van a tener un efecto apreciable sobre la consistencia de una grasa en particular.

Incompatibilidad de las grasas industriales

Cómo consecuencia de la distinta naturaleza de los tipos de espesantes empleados en la formulación de las grasas lubricantes, es necesario asegurarse, antes de cambiar de un tipo a otro, que el resultado de la mezcla sea compatible. 

También se debe considerar que los fluidos lubricantes incorporados en las grasas sean compatibles.

Pruebas de prestaciones de las grasas industriales

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.

Prueba Timken

Se presiona un anillo de forma cilíndrica, que gira, sobre un bloque macizo de acero durante 10 minutos y se registra la máxima presión de iniciación del gripado.

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. 

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. El par y la carga totales se registran en los calibradores. 

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.

Consideraciones

  • La vida útil de cualquier aplicación depende de una adecuada lubricación.
  • Para cada aplicación existe un lubricante específico: hay que estudiar los factores internos y externos para seleccionar el lubricante más adecuado.
  • Las grasas sintéticas al igual que los aceites no se comportan mejor que los minerales a temperaturas y RPM bajas.
  • Las grasas y los aceites sintéticos tienen mejores prestaciones que las minerales básicas a altas temperaturas y RPM.
  • La reacción de saponificación es necesaria únicamente para la obtención de las grasas lubricantes, y no de los aceites.
  • Las grasas están hechas a bases de jabones donde se aloja el aceite. Las propiedades de reducción de la fricción y el desgaste las brinda el aceite que se aloja en ella y los aditivos.
  • EL uso de aditivos en la formulación de las grasas lubricantes mejora sus prestaciones.

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