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Lubricantes Krytox para Aplicaciones aeroespaciales

Las aplicaciones aeroespaciales tienen algunos de los requisitos más exigentes cuando se trata de lubricación. En comparación con las aplicaciones en automoción, por ejemplo, los rangos de temperatura en los que un único lubricante debe de trabajar son considerablemente más amplios. En aplicaciones militares aeroespaciales pueden implicar extremos aún mayores, además de otros requisitos, como una larga vida de almacenamiento.

lubricantes PFPE para Aplicaciones aeroespaciales
(Image courtesy of Chemours.)

Lubricantes Krytox para Aplicaciones aeroespaciales 

Los lubricantes de perfluoropoliéter Krytox ofrecen estabilidad térmica y baja presión de vapor a pesos moleculares muy bajos.

Steve Johnston, Gerente de Servicio Técnico Lubricantes, The Chemours Company, ofreció el siguiente ejemplo:

“Considere un avión situado en una pista de Arabia Saudita, donde la temperatura ambiente podría ser 50ºC. Cuando el avión llega a la altitud de crucero, la temperatura es de aproximadamente -55ºC. Las aplicaciones cercanas a los motores pueden alcanzar una temperatura de funcionamiento de> 200C, con potencial para otros 50-100C de absorción.

Lubricantes de perfluoropoliéter (PFPE)

Los lubricantes de perfluoropoliéter (PFPE) vieron sus primeras aplicaciones comerciales aeroespaciales bajo la marca Krytox en 1965 y han estado en producción continua a través The Chemours Company desde entonces. No es sorprendente, dada su estabilidad térmica, el hecho de que son químicamente inertes y sus bajas presiones de vapor a pesos moleculares muy bajos.

Elementalmente, los PFPEs consisten solamente en carbono, flúor y oxígeno, con diferentes cantidades de carbono y oxígeno dando diferentes propiedades. En comparación con otros lubricantes, los PFPE son los menos comunes y más caros.

lubricantes PFPE para Aplicaciones aeroespaciales
(Image courtesy of Steve Johnston/Chemours.)

Esto se debe a que la cadena de suministro de PFPE es mucho más compleja y de capital intensivo en comparación con otros lubricantes. El petróleo crudo, los monómeros derivados de él y los lubricantes sintéticos derivados de esos monómeros se producen en miles de millones de kilogramos por año.

Krytox, por el contrario, se produce utilizando fluoruro de calcio (Fluorspar) convertido en ácido fluorhídrico (HF). El HF se utiliza entonces para producir hidroclorofluorocarbonos de 1 carbono que se convierten en tetrafluoroetileno (TFE) o hexafluoropropileno (HFP). A continuación, se producen PFPE a partir de estos monómeros, ya sea directamente o través de monómeros adicionales.

En cada paso, el volumen disminuye, por lo que acoplar el volumen pequeño con procesamiento adicional hace que el precio aumente. Esto limita las aplicaciones en las que los PFPE pueden competir, como en el aeroespacial donde existe un gran mercado.

“Hay muy buenas razones por las que los lubricantes especiales diseñados para la aviación y las aplicaciones aeroespaciales tienden a ser más caros”, dijo Bob Moffett, Consultor Senior de Servicios Técnicos, The Chemours Company. “Estos productos requieren a menudo grandes esfuerzos de desarrollo -medidos en años- y las aplicaciones generalmente requieren volúmenes muy pequeños-a veces sólo decenas de kilogramos por año”.

Propiedades Clave de PFPEslubricantes PFPE para Aplicaciones aeroespaciales

Los fallos de los componentes en las aplicaciones aeroespaciales pueden ser catastróficos, no sólo en términos de los costos de capital de las propias partes, sino también debido a los costos auxiliares de reparación y los riesgos de seguridad que generan.

La volatilidad es especialmente importante en aplicaciones espaciales, ya que el lubricante debe poder funcionar en vacío. Muchas aplicaciones espaciales requieren lubricantes que pueden funcionar durante toda la vida útil del componente, ya que nunca habrá una oportunidad de volver a lubricar.

“Muchos lubricantes usados ​​en aeronaves también pueden ser utilizados en aplicaciones terrestres más mundanas, pero estas aplicaciones tendrán algunas características de desempeño clave en común con aplicaciones aeroespaciales y aeronáuticas“, dijo Bob, “tales como la capacidad de contribuir con un valor muy alto en el rendimiento, A menudo relacionados directamente con la seguridad, en condiciones muy exigentes “.

Existen varias propiedades clave de los lubricantes Krytox que los hacen aptos para aplicaciones aeroespaciales.

  • No quemarán ni apoyarán la combustión, incluso en oxígeno completamente líquido o gaseoso.
  • Los diversos grados de lubricantes Krytox cubren un amplio rango de temperaturas de -75 ° C a + 360 ° C continuo, con picos a temperaturas superiores a 400 ° C.
  • Los lubricantes Krytox no se degradan ni se descomponen en presencia de productos químicos agresivos, y ofrecen una larga vida de lubricante sin potencial para depósitos elementos de carbon.
  • Su alto espesor de una película lubricante protege bajo altas cargas y a través de un gran rango de velocidades.
  • Son compatibles con la mayoría de los elastómeros, polímeros y una amplia gama de metales, además de no ser peligrosos, no tóxicos y completamente inertes químicamente.

lubricantes PFPE para Aplicaciones aeroespaciales
(Image courtesy of Steve Johnston/Chemours.)

Fabricación y pruebas de grasas Krytox

La receta para las grasas Krytox generalmente consiste en tres ingredientes básicos: aceite Krytox PFPE, polietrafluoroetileno (PTFE) de teflón y varios aditivos. Estos aditivos incluyen compuestos anti desgaste o anticorrosivos, tales como nitrato de sodio; Compuestos para ambientes de presión extrema, tales como bisulfuro de molibdeno; Y otros aditivos adaptados a aplicaciones específicas.

Las grasas Krytox se prueban usando numerosos procedimientos estándar de la industria para evaluar la vida de las mismas, incluyendo los métodos de prueba ASTM D-3336 y SKF R0F +.

El primer procedimiento consiste en hacer girar un cojinete SAE nº 204 a 10.000 o 20.000 rpm a una temperatura de ensayo elevada. Usando husillos de tipo CRC, se aplica una carga de empuje de 5-15 libras (22-67N) y una carga radial de 15 libras (67N) al rodamiento.

El ciclo de ensayo es de 20 horas y 4 horas de reposo para la temperatura de ensayo requerida. El resultado de la prueba se indica en términos del número de horas acumuladas que el rodamiento funcionará sin sobrepasar el punto de consigna de sobrecarga del motor, el punto de ajuste de la sobrecarga de par o el límite de sobre temperatura.

Puede ver los resultados de la prueba ASTM D-3336 en una grasa Krytox en comparación con las grasas estándar para cojinetes de motores eléctricos a continuación:

lubricantes PFPE para Aplicaciones aeroespaciales
La ASTM D3336 evalúa la vida de resistencia de las grasas en rodamientos de bolas a altas velocidades y temperaturas. Estos resultados son para un cojinete 6204 ligeramente cargado a 10.000 rpm. El ciclo de ensayo fue de 20 horas y 4 horas de reposo. (Imagen cortesía de Steve Johnston / Chemours.)

El método de prueba de vida de la grasa de cojinetes SKF R0F + implica la ejecución de cinco grupos de dos cojinetes. Se pueden utilizar diferentes tipos y tamaños de rodamientos a velocidades entre 5.000 y 25.000 rpm y desde la temperatura ambiente hasta un máximo de 230 ° C. Las cargas neumáticas en estos cojinetes se pueden ajustar entre 50 – 900 N radialmente y 100 – 1100 N axialmente. Los rodamientos se ejecutan hasta el fallo, siendo válido para “Weibull statistical life distribution” después de sólo una prueba.

Puede ver los resultados de las pruebas SKF R0F + en rodamientos de bolas 6204 para una grasa Krytox frente a las grasas estándar a continuación:

lubricantes PFPE para Aplicaciones aeroespaciales
Resultados de SKF R0F + prueba de vida útil de cojinete utilizando cojinetes 6204 a 10.000 rpm a 177ºC. (Imagen cortesía de Steve Johnston / Chemours.)

Aplicaciones Aeroespaciales Comunes para Lubricantes PFPE

Los lubricantes de perfluoropoliéter se han usado en toda una serie de aplicaciones aeroespaciales, incluyendo:

  • Juntas para el acoplamiento del sistema de oxígeno, válvulas, reguladores etc..
  • Motores de cohetes de combustible líquido y sistemas de apoyo en tierra
  • Instrumentos, giroscopios y cardan
  • Sellos, válvulas y sistemas neumáticos
  • Rodamientos
  • Guías roscadas y husillos de bolas
  • Actuadores electromecánicos
  • Acoplamientos para ejes nervados para motores auxiliares
  • Lubricante no conductor para el sellado de conectores eléctricos
  • Sensores IR y ópticos

También hay varios ejemplos específicos de aplicaciones de grasa Krytox:

  • La grasa Krytox 283AD se utiliza para el eje de arranque del motor en los motores de la serie PW 400 y es el único producto homologado para esta aplicación. La grasa Krytox 250AD está aprobada para las ranuras de las bombas hidráulicas y de combustible en motores PW para los aviones A330, A340 y A380. Chemours también está trabajando actualmente con un OEM importante en la próxima generación de grasas para lubricar los husillos de las bombas de combustible.
  • La grasa Krytox AGL 683 fue desarrollada específicamente para rodamientos de actuadores electromecánicos, engranajes y husillos de bolas. Está aprobado para dispositivos en aire acondicionado de cabina y sistemas de generación de nitrógeno. La grasa semi-fluida ligera está diseñada para la lubricación de por vida a través de un rango de temperatura de -70 ° C a + 180°C y está formulada específicamente para par de arranque a baja temperatura con un paquete de aditivos diseñado para anti-corrosión.
  • La grasa Krytox AGL 829 fue desarrollada como una grasa ignífuga para los motores de empuje invertido para eliminar la necesidad de recubrimientos externos contra incendios. La grasa de la caja de cambios ligera está específicamente diseñada para ser un lubricante de sellado para la vida útil para aplicaciones a baja temperatura (-60 ° C) que están sujetas a altas vibraciones y cargas.
  • La serie de grasas Krytox XHT-BD fue desarrollada para aplicaciones de temperatura extremadamente alta y está basada en aceites de base de alta viscosidad triple fluorados con un espesante de alta adherencia y sin fusión. Krytox XHT-BDX se especifica para juntas tóricas y acoplamientos flexibles en sistemas de control ambiental que se usan para dirigir aire caliente del motor para el deshielo de ala y cola. Los componentes de esta aplicación observan regularmente temperaturas de 315 ° C.
lubricantes PFPE para Aplicaciones aeroespaciales
F-35 cutaway(Imagen cortesía de Charles R. Davis / USAF.)

Una de las aplicaciones más interesantes para los lubricantes PFPE es en el F-35 en su despegue y aterrizaje vertical (STOVL). En este caso, los lubricantes de temperatura extrema Krytox se utilizan para los conductos de escape, engranajes de accionamiento y actuadores, en todos los casos habitualmente superan los 320 ° C. El F-35 también ofrece un ejemplo de uso de lubricantes PPFE para mejorar el rendimiento de los materiales tradicionalmente no lubricados, como la veleta de accionamiento variable para las paletas “Vespel” que se encuentran en el ventilador del elevador F-35.


PFPE Lubricantes en el sector aeroespacial

El fracaso en aplicaciones aeroespaciales no es una opción, especialmente porque las condiciones de operación en el sector aeroespacial pueden ser severas. La lubricación inadecuada o los lubricantes que no funcionan como se pretenden pueden provocar un mayor número de paros por mantenimiento de la aeronave y fallos de los componentes.

“En los aviones, el fracaso no es una opción cuando se transporta la tripulación y los pasajeros”, dijo Chad Warriner, ingeniero del servicio técnico, The Chemours Company. “La fiabilidad y el rendimiento de las aeronaves deben estar cerca del 100 por ciento. Con una fiabilidad casi perfecta, el coste de operación y mantenimiento entra en juego. Las duraciones más largas entre intervalos de lubricación provocan menos tiempo de inactividad y menor pérdida de productividad. Que a su vez se puede transmitir en ahorro para el cliente. ”

lubricantes PFPE para Aplicaciones aeroespaciales
F-35 STOVL que se levanta en la base de la fuerza aérea de Eglin. (Imagen cortesía de USAF / Samuel King Jr.)

La combinación de estabilidad térmica, inerte químicamente y la capacidad de trabajar a bajas presiones de vapor a pesos moleculares muy bajos hace que los lubricantes Krytox sean ideales para una gran variedad de aplicaciones civiles y militares. Desde elementos del motor, pasando por las válvulas de los depósitos de combustible o los mecanismos de ajuste del asiento, Krytox es la única forma de volar.

Para obtener más información sobre los lubricantes Krytox, visite el sitio web de The Chemours Company.

 

Artículo escrito por: James Anderton
Traducido por: Antala Industria

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