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IMPLEMENTACIÓN DEL EQUIPO PARA LA REALIZACIÓN DEL ENSAYO DE PENETRACIÓN POR CONO EN GRASAS LUBRICANTES DANIEL MAURICIO HÉNDEZ PUERTO UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ D.C. 2002

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IMPLEMENTACIÓN DEL EQUIPO PARA LA REALIZACIÓN DEL ENSAYO DE PENETRACIÓN POR CONO EN GRASAS LUBRICANTES

DANIEL MAURICIO HÉNDEZ PUERTO

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ D.C.

2002

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IMPLEMENTACIÓN DEL EQUIPO PARA LA REALIZACIÓN DEL ENSAYO DE PENETRACIÓN POR CONO EN GRASAS LUBRICANTES

DANIEL MAURICIO HÉNDEZ PUERTO

Proyecto de Grado

Asesor Rafael G. Beltrán

Ingeniero Mecánico

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE MECÁNICA BOGOTÁ D.C.

2002

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Nota de aceptación: Firma del Director del Proyecto Firma del Jurado Bogotá D.C, 15 de enero del 2003

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A mis padres Inés Puerto y Pedro Héndez por su apoyo incondicional y participación activa en todos los momentos importantes de mi vida, por creer y confiar en mí siempre. Su ayuda es un aporte valioso para mi formación tanto académica como personal. A mis hermanos Javier Enrique, Pedro Andrés y Norma Rocio con quienes siempre he podido contar y siempre han estado a mi lado para apoyarme y aconsejarme. A mi hija Juliana, la alegría más grande que la vida me ha dado, por ser mi inspiración y mi motivación para hacer las cosas bien y ser cada día una mejor persona. Te amo. A Mariangela, por todo lo que hemos vivido juntos, por compartir tu vida conmigo y por brindarme todo tu apoyo, tu comprensión y tu amor. A mis amigos, Andrés G. Prieto, Ana María Perdomo, Oscar J. León y Andrés Insuasty por su colaboración y apoyo. Por su amistad sincera e incondicional durantes todos estos años, gracias.

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CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN 1

2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 4

3. MARCO TEÓRICO 6

3.1 GRASAS LUBRICANTES 6

3.2 ESPENSANTES 8

3.3 ACEITE BASE 12

4. SELECCIÓN DE LA GRASA 13

4.1. CONSISTENCIA 13

4.2 TIPO DE ESPESANTE 13

4.3. VISCOSIDAD DINAMICA 13

4.4 FACTOR DE VELOCIDAD 13

4.5 TEMPERATURA DE TRABAJO 13

4.6 ADITIVOS 13

4.7 SISTEMA DE APLICACIÓN 14

5. DESCRIPCIÓN DE TERMINOS ESPECIFICOS EN EL CONTEXTO

DEL PROYECTO 16

5.1. PENETRACIÓN DE GRASA LUBRICANTE 16

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5.2. TRATAMIENTO DE LA GRASA. 16

5.3. PENETRACIÓN DE GRASA NO TRATADA. 16

5.4. PENETRACIÓN DE GRASA TRATADA. 16

6. METODO ASTM D217 – METODO ESTANDAR PARA LA MEDICION DE

LA PENETRACIÓN POR CONO EN GRASAS LUBRICANTES. 17

6.1. CONSISTENCIA DE LAS GRASAS 17

6.2. LUBRICACIÓN POR GRASA EN BLOQUE 17

6.3. DETERMINACIÓN DE LA CONSISTENCIA DE UNA GRASA 17

6.4. ALCANCE DEL MÉTODO 19

6.5. SIGNIFICADO Y USO DEL MÉTODO 20

7. APLICACIÓN 21

8. DESARROLLO DEL PROYECTO 26

8.1. MECANIZADO DE LAS PIEZAS 26

8.2. COSTOS DEL MECANIZADO DE LAS PIEZAS 30

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

Page 7: IMPLEMENTACIÓN DEL EQUIPO PARA LA REALIZACIÓN DEL …

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Penetración trabajada - Grado NLGI

19

Page 8: IMPLEMENTACIÓN DEL EQUIPO PARA LA REALIZACIÓN DEL …

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Base del Penetrómetro con el dispositivo de centrado del

recipiente y el recipiente para la grasa.

26

Figura 2. Tratador de la grasa. Recipiente, tapa y embolo con agujeros. 27

Figura 3. Tratador de grasa ensamblado. Accionamiento del embolo. 27

Figura 4. Cortador para grasas en bloque. 28

Figura 5. Baño de agua con el termómetro que permite el control de la

temperatura de la muestra. 29

Figura 6. Baño de aire para grasas en bloque. 29

Page 9: IMPLEMENTACIÓN DEL EQUIPO PARA LA REALIZACIÓN DEL …

LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Guías de laboratorio 35

Anexo B. Planos 44

Anexo C. ASTM D217-82. Standard Test Methods for CONE

PENETRATION OF LUBRICATING GREASE

57

Page 10: IMPLEMENTACIÓN DEL EQUIPO PARA LA REALIZACIÓN DEL …

INTRODUCCIÓN La grasa es una mezcla que puede ser un semifluido o un sólido de un lubricante,

un espesante o coagulante y varios aditivos. El lubricante puede ser aceite mineral

(petróleo), aceite sintético o un aceite vegetal. El espesante o coagulante da a la

grasa sus características de consistencia, la capacidad de soportar altas

temperaturas, humedad, ácidos y otros tipos de contaminantes. Los espesantes

pueden ser jabones o materiales orgánicos e inorgánicos que no contienen jabón.

Las grasas se denominan lubricantes semisólidos ya que estas, por sus

características, ocupan un lugar intermedio entre los aceites y los sólidos

lubricantes; ellas poseen cualidades tanto de uno como de otro, pero por su

naturaleza y características reológicas se diferencian significativamente.

Part8iendo de sus características reológicas, las grasas lubricantes se definen como

el material lubricante que bajo la acción de pequeñas cargas, en condiciones

comunes de temperatura, presentas propiedades de un cuerpo sólido, y al alcanzar

la carga aplicada adquieren un valor crítico; comienza a deformarse plásticamente

hasta fluir igual que un líquido, recobrando nuevamente las propiedades de

cuerpo sólido al suprimirse la carga actuante.*

La función de una grasa es permanecer en contacto con las superficies y lubricarlas

sin gotear o derramarse por la acción de la gravedad, sin salpicar por la acción de

una fuerza centrifuga y sin ser desplazada bajo presión. Su principal requerimiento

* MARTINEZ, Francisco. La tribología, ciencia y técnica para el mantenimiento. México: Limusa Noriega Editores, 1996. p. 130.

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práctico es el de mantener sus propiedades dentro del rango de temperaturas para

el cual fue diseñada.

Así mismo la grasa debe fluir por todas las partes de la maquina que lubrica tanto

como se necesite, sin aumentar significativamente la potencia que el aparato

requiere para trabajar, principalmente en la arrancada.

Algunas de las propiedades físicas más relevantes que se tienen en cuenta en el

proceso de selección de una grasa son:

• Consistencia: Esta determinada por el grado NLGI. Los más comunes son los

grados 1, 2 y 3 los cuales son valores intermedios ya que la calificación va desde

el grado 000 hasta el grado 6.

• Tipo de espesante: Los más utilizados son los de litio, sodio y calcio.

• Viscosidad dinámica: Se especifica de acuerdo a la velocidad y temperatura de

operación.

• Temperatura de trabajo: Es función del grado NGLI de la grasa y del tipo de

jabón de la misma.

La característica más importante de una grasa es su rigidez o consistencia, es decir,

su resistencia a la deformación debido a una fuerza aplicada. Una grasa

demasiado dura podría no cubrir todas las áreas que requieren ser lubricadas,

mientras que una muy liquida se escurriría fácilmente. La consistencia de la grasa

depende del tipo y la cantidad de espesante que tiene, así como de la viscosidad de

su aceite base.

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3

La grasa generalmente se utiliza en la lubricación de elementos tales como

cojinetes de fricción y antifricción, levas, guías, correderas y piñonería abierta.*

La consistencia de las grasas se mide por medio del penetrómetro de cono

establecido por la ASTM. El método consiste en dejar caer un cono pesado de metal

a la superficie de la grasa y medir, en décimas de milímetro, la profundidad de la

penetración del cono.

* ALBARRACIN, Ramón. Lubricación industrial y automotriz. Medellín: Copservicio, 1985 .p. 151

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4

2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA Actualmente el laboratorio de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes,

en el área de lubricación, cuenta con el equipo necesario para realizar la medición

de algunas propiedades muy importantes de los lubricantes.

Una de las prácticas de laboratorio que se pueden realizar actualmente es la de

Medición del Punto de Flash de un lubricante. El punto de flash de un lubricante

es la temperatura mínima en la cual el lubricante emite vapores que pueden

provocar ignición cuando una pequeña llama se hace pasar sobre al superficie del

mismo. Esta práctica se realiza según el método estándar especificado en la norma

ASTM D92.

Conocer el punto de flash de los lubricantes es importante para tomar medidas

preventivas y evitar posibles accidentes por inflamación. Igualmente es

importante ya que indica la temperatura en la cual se inician las pérdidas del

mismo por evaporación.

Otra práctica de laboratorio con que se cuenta es la Medición del Punto de Goteo

de una grasa. El punto de goteo de una grasa es aquella temperatura mínima a la

cual una gota de grasa fluye en estado liquido. El punto de goteo no se considera

como determinante del desempeño de una grasa, a menos que las temperaturas de

operación se acerquen a este valor, debido a que hay otros factores también

influyen en el desempeño a alta temperatura. Sin embargo es un indicador útil de

control de calidad durante la manufactura del producto. La metodología empleada

para la realización de esta prueba se basa en un ensayo no estándar que fue

adaptado de la revista Lubrication Engineering.

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5

Por último, el laboratorio cuenta con el montaje necesario para realizar la práctica

de Medición de la Viscosidad mediante el Viscosímetro Saybolt. Esta práctica

permite determinar la viscosidad SSU (Segundos Saybolt Universal) y por medio

de una tabla, también se puede determinar la viscosidad en cSt (centiStokes). La

prueba se basa principalmente en la utilización de la tabla de Temperatura vs.

Viscosidad de la ASTM.

Como se mencionó anteriormente, la consistencia de las grasas es una de las

propiedades más importantes. Una grasa que no posea la consistencia adecuada

para sus condiciones de trabajo puede generar consecuencias indeseables como

disminución de la vida útil de las piezas de una máquina debido a que la grasa no

fluye por todas las piezas de la maquina (consistencia muy alta) o a que se escurra

fácilmente por el movimiento de las piezas o por la acción de la gravedad

(consistencia muy baja). Una grasa de consistencia muy alta también puede

generar aumento en el consumo de energía de la máquina.

El laboratorio de Ingeniería Mecánica de la universidad no cuenta con el equipo

necesario para realizar esta práctica, la cual es de gran importancia en el desarrollo

del Curso Sistemas de Lubricación.

Por lo anterior se decidió hacer un valioso aporte al Laboratorio del Departamento

de Ingeniería Mecánica en el área de la lubricación con la implementación del

equipo necesario para la realización del ensayo de penetración por cono en grasas

lubricantes con las especificaciones determinadas por el método de prueba

estándar ASTM D217, que permite determinar y clasificar las grasas según su

consistencia.

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3. MARCO TEÓRICO

3.1. GRASAS LUBRICANTES La grasa es un producto que va desde sólido hasta semifluido y se obtiene por la

dispersión de un agente espesante (jabón metálico) en un liquido lubricante (aceite

base). La composición de una grasa puede definirse como:

El aceite le confiere a las grasas sus características lubricantes y el espesante le da

determinadas propiedades físicas tales como la capacidad de soportar altas

temperaturas, humedad, ácidos y otros tipos de contaminantes. Se podría decir

que una grasa es una especie de esponja, saturada de aceite, que a medida que

trabaja lo dosifica sobre el mecanismo que esta lubricando.

Las grasas poseen coeficientes de fricción más bajos que los mismos aceites que se

utilizan en su fabricación, por lo tanto los equipos lubricados con grasas consumen

menos energía que los lubricados con aceite.

− Adhesividad − Antioxidantes − Anticorrosivos − Antidesgaste − Para extrema

presión − Colorantes − Antiespermante − Estabilizador

− Mineral − Sintétic

Aceite base

− Jabón (calcio, sodio, litio, etc.)

− Sin jabón (arcilla, gel)

Agente espesante

Aditivo

GRASA

+ +

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El coeficiente de fricción sólida de los aceites aumenta considerablemente cuando

aumenta la temperatura. Este fenómeno también ocurre a las grasas pero en un

grado menor. El consumo de potencia de un equipo se refleja en la temperatura de

operación del mismo, por lo cual una grasa seleccionada adecuadamente puede

reducir tanto el consumo de energía del equipo, como el desgaste de sus piezas.

La propiedad más importante que debe tener una grasa es la de ser capaz de

formar una película lubricante lo suficientemente resistente como para separar las

superficies metálicas y evitar el contacto metálico.*

Un gran número de rodamientos se lubrican con grasa debido a que permiten

mayores frecuencias entre relubricaciones y menores costos por consumo de

lubricantes. Por lo general se emplea grasa cuando se presentan uno o varios de los

siguientes factores.

− Un medio ambiente bastante contaminado

− Altas o bajas temperaturas de funcionamiento

− Que se requieran prolongadas frecuencias entre relubricaciones.

− Que el factor de velocidad este dentro del rango establecido.

Para que la grasa cumpla adecuadamente sus funciones, debe tener las siguientes

propiedades.

− Consistencia requerida

− Buena resistencia a la oxidación

− Punto de goteo adecuado

* ALBARRACIN, Ramón. Lubricación industrial y automotriz. Medellín: Copservicio, 1985. p. 152.

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− Factor de velocidad mayor que el del rodamiento

− Estabilidad mecánica

− Buenas propiedades antidesgaste

− Propiedades de extrema presión, si se requieren

− Viscosidad adecuada del aceite base

3.2. ESPESANTES

Una grasa se fabrica a partir de una base metálica (jabón), ya sea de calcio,

aluminio, litio, sodio, etc. que es sometida a un proceso de calentamiento en donde

se le añaden ácidos grasos o hidróxidos. Del proceso anterior se obtiene el

espesante, el cual se mezcla con el aceite en un agitador. * La mezcla resultante se

calienta de nuevo. Durante la reacción se producen glicerina y agua, la cual se

evapora, dejando solo la glicerina que ayuda a que el espesante se solubilice en el

aceite. Una vez ocurrida la solubilización, se enfría la mezcla hasta que el espesante

queda cristalizado. Dependiendo de la velocidad del enfriamiento y del medio en

el cual se llevo a cabo, se obtiene la estructura de la grasa, la cual puede ser de fibra

corta, media o larga. **

* ALBARRACIN, Ramón. Lubricación industrial y automotriz. Medellín: Copservicio, 1985. p. 152. ** ALBARRACIN, Ramón. Lubricación industrial y automotriz. Medellín: Copservicio, 1985 .p. 152.

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La fabricación de la grasa consta de los siguientes procesos.

Las propiedades de los espesantes dependen de las bases metálicas (jabones)

utilizadas. Las bases metálicas son las que dan las características físicas que se

quieren lograr en las grasas.

El espesante es el que le confiere a las grasas propiedades tales como resistencia al

agua, capacidad de sellar y de resistir altas temperaturas sin variar sus

propiedades ni descomponerse.*

3.2.1. Tipos de espesantes.

3.2.1.1. Sodio.

Su contextura es fibrosa y muestran buen rendimiento a temperaturas

moderadamente altas, soportan mayor vibración y agitación sin sufrir ninguna

alteración o separación. Poseen buena resistencia a la oxidación.** La Temperatura

de goteo es de aproximadamente 170°C, para un contenido de jabón metálico entre

14 y 18%. Se recomiendan para una temperatura máxima de operación continua

* ALBARRACIN, Ramón. Lubricación industrial y automotriz. Medellín: Copservicio, 1985. p. 152. ** ALBARRACIN, Ramón. Lubricación industrial y automotriz. Medellín: Copservicio, 1985 .p. 159.

− Se adiciona aceite hasta lograr la penetración deseada

− Agitación mecánica lenta − Adición de colorantes y aditivos

− Saponificador o Autoclave − Presión de 2 a 6 bares − Temperatura entre 80° y 250°C

Preparación del jabón (saponificación)

− Calentamiento progresivo y controlado − Se añade aceite según la clase de grasa − Extracción de vapores − Ajuste de alcalinidad

Cocción

Enfriamiento

− Homogeneización y vacío − Molino coloidal − Laminación

Desaireación y alisado

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comprendida entre 0° y 80°C. Se descomponen fácilmente con el agua. Presentan

un buen desempeño en la lubricación de rodamientos de motores eléctricos. Las de

baja consistencia se utilizan en plantas textiles debido a que se pueden remover

fácilmente del producto terminado mediante procesos de lavado.

3.2.1.2. Calcio.

Contienen agua de hidratación la cual utilizan para su estabilidad. Son resistentes

al efecto del lavado por agua, sin embargo, no la absorben y esto hace que sus

propiedades anticorrosivas sean deficientes y sea indispensable recubrir

completamente los mecanismos lubricados. Se recomienda donde las condiciones

de vibración y agitación no sean criticas. Se emplean entre –10° y 55°C para un

contenido de calcio entre 21 y 25%. Las frecuencias de relubricación son cortas.

3.2.1.3. 12-hidroxyesterato de calcio.

No utilizan agua de hidratación y se recomiendan para aquellas aplicaciones

donde la grasa puede estar accidentalmente en contacto con alimentos. Se utilizan

hasta temperaturas máximas de operación de 121°C.

3.2.1.4. Complejos de calcio.

Le confieren a la grasa propiedades de extrema presión sin necesidad de agregarle

este tipo de aditivo. El punto de goteo esta por encima de los 250°C. Posee muy

buena estabilidad al desgaste, excelente resistencia al agua y aunque se endurece a

bajas temperaturas tiene muy buenas propiedades de consistencia.

3.2.1.5. Litio o multipropósito.

Tiene un rango de trabajo comprendido entre –20° y 70° C., para un contenido

máximo de litio entre 9 y 11%. Poseen buena resistencia al lavado por agua, pero

no ofrecen una protección adecuada contra la corrosión. Las que contienen

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estearato de hidróxido de litio son especialmente útiles para condiciones de alta

temperatura y ambientes húmedos.* Se conocen también como grasas de uso

múltiple y sustituyen a las de calcio y de sodio.

3.2.1.6. Compleja de litio.

Presentan puntos de goteo de hasta 250°C, excelente estabilidad mecánica y

resistencia ala agua.

3.2.1.7. Aluminio.

Son claras y transparentes con consistencia de gelatina. Tienen su punto de goteo

entre 66° y 104°C.Poseen buena resistencia al lavado por agua, buenas

características antiherrumbre y excelente adhesividad.** Se emplea hasta 77°C. Se

usan en maquinaria de procesamiento de alimentos y de textiles. Su alto costo

limita su uso.

3.2.1.8. Compleja de aluminio.

Contienen otros compuestos de aluminio que incrementan su punto de goteo hasta

aproximadamente 260°C. Tienen alta estabilidad mecánica, elevada resistencia al

agua y muy buena bombeabilidad debido a su estructura fibrosa corta.

3.2.1.9. Sintéticas.

Están constituidas por aceites sintéticos de elevado índice de viscosidad, bajo

punto de fluidez y prácticamente saturados, con los que se obtienen grasas con

temperaturas muy amplias de servicio entre –65° y 165°C y una excelente

estabilidad térmica.

* ALBARACIN, Ramón. Lubricación industrial y automotriz. Medellín: Copservicio, 1985.p. 160. ** ALBARRACIN, Ramón. Lubricación industrial y automotriz. Medellín: Copservicio, 1985.p. 160.

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3.3. ACEITE BASE

El aceite utilizado en la fabricación de una grasa se selecciona con las

características similares del que se emplearía si el mecanismo fuese a ser lubricado

con éste y no con la grasa. Básicamente se utilizan los aceites de tipo parafínico y

nafténico. Los nafténicos se emplean ampliamente para grasas que trabajan a bajas

temperaturas por su fluidez y habilidad para combinarse con el jabón.

La viscosidad del aceite base oscila entre 65 y 175cSt, a 40°C. Los de viscosidad baja

se utilizan en grasa para temperaturas bajas y velocidades altas, mientras que los

de viscosidad alta se usan para condiciones de velocidades bajas, cargas altas y de

impacto.

La relación entra la viscosidad y la temperatura del aceite base es importante para

aquellas condiciones de operación donde hay fluctuaciones de temperatura.

Los aceites sintéticos se utilizan en grasas que trabajan en condiciones extremas de

alta o baja temperatura y generalmente se utilizan con espesantes de jabón de litio.

Cuando el espesante y el aceite base de la grasa son sintéticos, su uso se reduce

únicamente a equipos que trabajan en condiciones extremas.

Los aditivos mas comúnmente utilizados en las grasas son los antioxidantes, los

inhibidores de la herrumbre y de la corrosión, y los aditivos de extrema presión.

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4. SELECCIÓN DE LA GRASA

Para la correcta selección de una grasa se deben tener en cuenta los siguientes tres

parámetros según la aplicación que se requiera y las condiciones de operación a

que va a ser sometida la misma.

4.1. CONSISTENCIA.

Los grados NLGI que se emplean comúnmente son 1,2 y 3.

4.2. TIPO DE ESPESANTE.

Los más utilizados son los de litio, sodio y calcio.

4.3. VISCOSIDAD DINÁMICA.

Se especifica de acuerdo con la velocidad y la temperatura de operación del

rodamiento.

4.4. FACTOR DE VELOCIDAD.

Es característico de cada grasa y siempre debe estar por encima del que se obtiene

de multiplicar el diámetro del rodamiento en mm por la velocidad de giro en rpm.

4.5. TEMPERATURA DE TRABAJO.

Es función del grado NLGI de la grasa y del tipo de jabón.

4.6. ADITIVOS.

En la selección de aditivos durante la fabricación de la grasa se tienen en cuenta

factores tales como la forma en que puede reaccionar el aditivo con el espesante, si

la grasa es neutra o ligeramente alcalina, si el aditivo en presencia de humedad o

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de altas temperaturas puede reaccionar con la base metálica produciendo ácidos

que atacan las superficies.*

Es necesario tener en cuenta si la grasa requiere extrema presión (EP) o no, de

acuerdo con el tipo de cargas que se pueden presentar en operación.

4.7. SISTEMA DE APLICACIÓN.

Se deben tener en cuenta ciertos factores que van a permitir una mayor

durabilidad entre relubricaciones, tales como recubrir herméticamente aquellos

elementos que se encuentras parcialmente sumergidos en el agua, a pesar de que

se tenga una grasa apropiada para estas condiciones; mantener en buen estado los

sellos y empaquetaduras con el fin de prevenir la entrada de polvo e impurezas

particularmente, en ambientes demasiado contaminados; aislar los elementos por

medio de superficies refractarias para ayudar a disminuir el coeficiente de

transmisión del calor hacia los elementos cuando se trata de mecanismos que

funcionan junto a fuentes de calor.

Se debe recordar que si no se selecciona adecuadamente el sistema de aplicación

para que los lubricantes realicen mejor su trabajo, se podrían llegar a tener

situaciones en las que no habrá lubricante alguno que sirva.**

Así, para sistemas de lubricación centralizada, por lo regular es NLGI 0 ó NLGI 1,

para reengrase es NLGI 2 y para sistemas de grasa empacada es de NLGI 3.

Los datos que generalmente da el fabricante de un equipo para seleccionar la grasa

son su consistencia, el tipo de jabón, la temperatura de goteo y aditivos. Con éstos

* ALBARRACIN, Ramón. Lubricación industrial y automotriz. Medellín: Copservicio, 1985.p.153. ** ALBARRACIN, Ramón. Lubricación industrial y automotriz. Medellín: Copservicio, 1985.p. 156.

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parámetros conocidos, se busca la más adecuada en ele catálogo del fabricante de

grasas.

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16

5. DESCRIPCIÓN DE TERMINOS ESPECIFICOS EN EL CONTEXTO DEL

PROYECTO

5.1. PENETRACIÓN DE GRASA LUBRICANTE.

Es la profundidad, medida en décimas de milímetro, que el cono estándar penetra

la muestra, bajo condiciones específicas de peso, tiempo y temperatura.*

5.2. TRATAMIENTO DE LA GRASA.

Es el sometimiento de la grasa lubricante a la acción permanente del tratador

estándar de grasas.

5.3. PENETRACIÓN DE GRASA NO TRATADA.

Es la penetración a 25°C (77°F) de una muestra de grasa lubricante que ha recibido

un mínimo de alteración en el traslado de un recipiente a otro.

5.4. PENETRACIÓN DE GRASA TRATADA.

Es la penetración en una muestra de grasa lubricante que ha sido llevada a 25°C

(77°F) y sometida a sesenta accionamientos dobles en el tratador de grasas

estándar.

* ASTM D 217-82. Standar test metods for CONE PENETRATION OF LUBRICATING GREASE. p. 138.

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6. METODO ASTM D217 – METODO ESTANDAR PARA LA MEDICION DE

LA PENETRACIÓN POR CONO EN GRASAS LUBRICANTES.

6.1. CONSISTENCIA DE LAS GRASAS

Depende de la viscosidad del aceite y del contenido de espesante que posea, el cual

puede fluctuar entre un 5 y 30%, o más, dependiendo del tipo de grasa. Dos grasas

con igual consistencia o dureza no tienen necesariamente el mismo desempeño. La

consistencia es un factor importante de la grasa porque ella determina su

capacidad de lubricación y sellamiento, de permanencia en su sitio, de

bombeabilidad y capacidad de soportar temperatura.

6.2. LUBRICACIÓN POR GRASA EN BLOQUE

Consiste en colocar un bloque de grasa de grado NLGI 5 ó 6 en una caja metálica

colocada en la parte superior de un cojinete y que se comunica directamente con el

eje. Cuando el eje empieza a girar, la temperatura se incrementa y la grasa se

ablanda, haciéndola fluir hasta la zona de alta presión. En la parte superior de la

cavidad hay una tapa que evita la entrada de impurezas hasta la grasa. Este

método de lubricación se emplea principalmente en ejes que soportan elevadas

cargas y giran a bajas velocidades como es el caso de los molinos de bolas, de los

molinos empleados en la industria papelera y los hornos rotatorios.

6.3. DETERMINACIÓN DE LA CONSISTENCIA DE UNA GRASA

Se determina según el método ASTM D217, conocido como penetración por cono

en grasas lubricantes y establecido por la NLGI. Este método permite hallar la

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consistencia de una grasa en términos de penetración, sin agitación, durante el

almacenamiento. Penetración trabajada, penetración no trabajada y penetración

durante períodos prolongados de tiempo. La consistencia normalmente se reporta

en términos de penetración trabajada, porque es el factor más representativo de las

condiciones bajo las cuales opera una grasa, principalmente si se utiliza en un

rodamiento.

Para determinar la penetración trabajada de una grasa, se llena un recipiente

especial con suficiente cantidad de grasa (aproximadamente 1 libra) y se somete

inicialmente a 60 carreras dobles de un pistón a 25°C en un dispositivo llamado

trabajador de grasa estándar. Este consiste en un disco perforado, pistón, que al

subir y bajar dentro del cilindro, hace que la grasa pase repetitivamente de un lado

al otro.

Posteriormente se coloca la muestra de grasa trabajada debajo de un cono de peso

y dimensiones normalizadas (Penetrómetro). La punta del cono toca ligeramente la

superficie de la grasa, se deja caer el cono por su propio peso, dentro de la grasa y

luego de cinco segundos, se lee en un dial la profundidad, en décimas de

milímetro, que el cono haya penetrado dentro de la grasa. Esta magnitud de la

penetración representa la consistencia de la grasa.

Las características más importantes del cono son:

− Angulo del cono: 90°

− Angulo de la punta: 30°

− Diámetro del cono: 6.61 cm

− Peso del cono: 102.5g*

* ALBARRACIN, Ramón. Lubricación industrial y automotriz. Medellín: Copservicio.1985. p. 157

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La penetración ASTM tiene su correlación con una escala numérica estandarizada

por la NLGI, para clasificar la consistencia de las grasas. Este número aparece al

final del nombre de las grasas.

Tabla No. 1 Penetración trabajada - Grado NLGI

Penetración trabajada ASTM

Consistencia NLGI

Grado de dureza

Campo de aplicación

447-475 000 muy fluida Engranajes 400-430 00 fluida Engranajes 355-385 0 semifluida Rodamientos, sistema

centralizado 310-340 1 muy blanda Rodamientos, sistema

centralizado 265-295 2 blanda Rodamientos 220-250 3 media Rodamientos 175-205 4 dura Cojinetes lisos. Grasa en

bloque 130-160 5 muy dura Cojinetes lisos. Grasa en

bloque 85-118 6 durísima Cojinetes lisos. Grasa en

bloque

Las grasas fluidas y semifluidas, con una penetración ASTM por encima de 475 no

se prueban con el Penetrómetro.

6.4. ALCANCE DEL MÉTODO.

Este método incluye el procedimiento para medir la penetración por cono en

grasas lubricantes. Incluye el procedimiento para medir la penetración de grasas

sin tratar, de grasas tratadas y la penetración de grasas en bloque.

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La penetración de grasa sin tratar generalmente no representa la consistencia de la

grasa en uso, como si lo hace el valor de la penetración de grasa tratada. Es por

esto que el valor de la penetración de grasa tratada es el que generalmente se usa

para inspeccionar grasas lubricantes.

La penetración de grasas en bloque se realiza solo cuando una grasa es lo

suficientemente dura para mantener su forma sin estar contenida en un recipiente.*

6.5. SIGNIFICADO Y USO DEL MÉTODO.

Los resultados obtenidos de penetración en grasas tratadas pueden usarse para

establecer la consistencia de las grasas lubricantes dentro de los grados

establecidos por la NLGI (National Lubricating Grease Institute).

El cambio en los resultados obtenidos para penetración en grasa tratadas después

de un trabajo prolongado se toma como una medida de la estabilidad de la grasa

cuando es sometida a condiciones de carga constantes.**

* ASTM D217-82. Standard test methods for CONE PENETRATION OF LUBRICATING GREASE. p. 137. ** ASTM D217-82. Standard test methods for CONE PENETRATION OF LUBRICATING GREASE. p. 137

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7. APLICACIÓN

La selección correcta del lubricante para una máquina es tan importante como su

mismo diseño, fabricación y puesta en operación. Grandes capitales se pierden

anualmente como resultado de una selección inapropiada, ya sea porque no se

tienen en cuenta todos los parámetros que el fabricante del equipo especifica, o

porque esta responsabilidad se deja en manos de personal con conocimientos

insuficientes del tema.

El personal de mantenimiento es quien debe hacer los estudios respectivos de

cuales son los lubricantes a utilizar en cada caso. Después de la selección del

lubricante adecuado para un mecanismo determinado, es muy importante tener en

cuenta la disponibilidad comercial de los mismos lubricantes y tener la capacidad

de determinar que marca y que clase de lubricante es el mas adecuado para la

aplicación en cuestión.

Para esto es muy importante toda la información concerniente a las propiedades de

las grasas lubricantes comerciales según las diferentes marcas comerciales y a la

gama de productos que maneja cada una de esas marcas.

A continuación se presentan algunas de las aplicaciones más comunes para grasas

con diferentes grados NLGI de consistencia, según su tipo. Para cada una también

se presentan las referencias en las diferentes marcas comerciales en Colombia.*

* Tomado del libro: Equivalencias entre lubricantes del Pedro Ramón Albarracín.

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7.1. Grado NLGI 2

Tipo Calcio. Equipo automotor. Resiste el polvo y el agua empleada a temperatura

ambiente. Prensas, máquinas herramienta. Sistemas centralizados de lubricación.

Puede aplicarse con pistola. Maquinaria agrícola y de construcción, servicio

liviano.

SHELL MOBIL ESSO TERPEL BEG

Chasis Greasrex D-40 Greasrex AA MobilGreaseAA

Chasis H Chasis Chasis

7.2. Grados NLGI 2, 3, 4 y 5

Tipo Calcio. Cojinetes planos, bombas de agua, maquinas herramienta, maquinaria

agrícola, bandas transportadoras.

MOBIL TEXACO ESSO TERPEL BEG

Greasrex D-60, 61

Motor Cup Grease

Firmax 1, 2, 3, 4 y 5

Copas 2, 3, 4 y 5

Copas 2 y 3

7.3. Grado NLGI 00

Tipo Calcio. Sistemas centralizados de lubricación. Contiene grafito. Forma una

película de gran adhesividad y elevada capacidad de carga. Rodamientos planos,

malacates, cables y cadenas

SHELL ESSO BEG

Barbatia

Vandrag (grado 3) Bengrafito

7.4. Grados NLGI 2, 3 y 6

Tipo Litio. Bombas, motores, equipo industrial, minería, equipo de construcción.

Equipo que opera en condiciones severas de carga, media temperatura, alta

velocidad. Protección antidesgaste y antioxidante.

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SHELL MOBIL TEXACO ESSO TERPEL BEG

Balina 2, 3, EP Alvaria EP Retinax AM

Mobilux 2, 3 Mobilux EP-0, EP-3 MobilGrease Spectral

Multifak 2, EP-2 Regal AFB-2 Molitex Grease 2

Beacom 325 Beacom Q-2

Multipro EP-2 Limox

7.5. Grado NLGI 2

Tipo Litio. Grasa de uso general usada en los mismos equipos en donde se

recomienda la multiusos. Además, para equipos automotores pesados, vagones,

equipos de canteras.

TEXACO ESSO BEG

MCP Grease (Mechanica)l Cohon Pickers)

Vidok EP-2 First (litio EP)

7.6. Grado NLGI 2

Tipo Calcio (compleja). Equipos alta temperatura. Requerimiento de Extrema

Presión, ambientes húmedos.

7.7. Grados NLGI 2, 3, 4 y 5

Tipo Sodio. Rodamientos de ruedas de vehículos, acoples, engranes, trituradoras.

Máquinas de baja velocidad en ambientes secos, rodillos y hornos.

MOBIL TEXACO ESSO TERPEL BEG

Greasrex 133 MobilGrease 5

Marfak HD (Sodio Fibra Corta)

Bearing Grease ANDOK 260

Rodamientos 2, 3 y 4

Rodamientos Merak HD Tipo MFK

MOBIL ESSO Mobilplex 2 Nebula

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7.8. Grado NLGI -

Tipo Sodio. Cojinetes planos, hornos, industria siderúrgica, minera, ferrocarriles,

molinos. Para median temperatura. Se usa en equipos a baja velocidad, donde no

haya humedad.

7.9. Grado NLGI 2

Tipo Litio. Las mismas aplicaciones de las grasas de Calcio y Sodio. Equipo

industrial de trabajo mediano. Mejor estabilidad mecánica que las grasas de Calcio

y Sodio.

MOBIL TEXACO ESSO SHELL TERPEL BEG

Industrial MP Grease 2

Marfak MULTIPRO

MULTIPROPOSITO Grease H

MULTIPROPOSITO

7.10. Grado NLGI 2

Tipo Litio (compleja). Grasa multipropósito para alta temperatura. Buena

resistencia al agua y excelente estabilidad. Todo tipo de cojinetes, engranajes,

acoplamientos. Donde se requiera alto punto de goteo.

ESSO

UNIREX N 2, 3

7.11. Grados NLGI 1 y 2

Tipo Bentonita. Para servicios a altas temperaturas, con o sin aditivos para Extrema

Presión (EP)

MOBIL ESSO Mobil Block Grease T MobilGrease 480

KUBOLA

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7.12. Grados NLGI 2, 3 y 4

Tipo Aluminio. Para lubricar cojinetes planos, equipos a altas temperaturas, para

equipo automotor equipado con frenos de disco. Resiste al agua y tiene buena

estabilidad mecánica. Para la industria metalúrgica, vidrio y cerámica.

TEXACO Regel HFB 2

7.13. Grado NLGI 1

Tipo Plomo y Zinc. Equipo rotatorio sometido a altas cargas de peso y torque.

Resiste a la humedad.

MOBIL

Mobilplex

7.14. Grados NLGI EP 1 y 2

Tipo Derivados del petróleo. Sistemas centralizados de lubricación. Para

engranajes abiertos, cadenas, trapiches, cables, equipo minero, malacates, palas,

grúas, molinos. Para servicio pesado a bajas velocidades. Extrema Presión.

MOBIL TEXACO ESSO TERPEL BEG

Turex 510, 520 Mobiltemp 1 Mobiltec D4, QQ Mobil SM 4

Craterr 2k, 5k

Surte 5k, 20k, 80k 270k, 400k Capitán 3200, 3800

Engranajes Begin. Grados 300, 800, 1400, 2800

MOBIL TEXACO Mobiltemp 1, 2 Mobiltemp SHC 100 (con aceite sintético) Mobiltemp 78

Thermatex EP-1 Thermatex EP-2

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8. DESARROLLO DEL PROYECTO

El equipo necesario para la realización del Ensayo de Penetración por Cono en

Grasas Lubricantes consta de componentes principales a saber, el Penetrómetro, el

tratador de grasa, el cortador para grasas en bloque y el baño de aire o de agua

para las grasas.

8.1. MECANIZADO DE LAS PIEZAS

8.1.1. Penetrómetro.

Es un instrumento diseñado para medir, en décimas de milímetro, la profundidad

a la cual el cono estándar penetre la grasa.* El Penetrómetro esta compuesto de las

siguientes piezas. Base en donde se coloca el recipiente con la muestra de grasa. El

mecanismo de centrado que es una pieza que permite ubicar el recipiente siempre

en el centro del Penetrómetro. La base en donde va montado el comparador de

carátula. El comparador de carátula que permite medir la profundidad de las

penetraciones y por ultimo el cono estándar.

Figura 1. Base del Penetrómetro con el dispositivo de centrado del recipiente y el

recipiente para la grasa.

* ASTM D217-82 Standard test methods for CONE PENETRATION OF LUBRICATING GREASE .p. 739

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8.1.2. Tratador de la grasa.

El tratador de la grasa consta de un recipiente para aproximadamente 1 lb de

muestra. La tapa del recipiente que permite introducir un termómetro para la

medición de la temperatura de la muestra. Un embolo con agujeros que al

accionarlo simula el tratamiento de la grasa.

Figura 2. Tratador de la grasa. Recipiente, tapa y embolo con agujeros.

El tratador debe permitir efectuar sesenta accionamientos en aproximadamente un

minuto. Cada accionamiento debe tener una carrera de 67 a 71 mm. (25/8 a 213/16

in)

Figura 3. Tratador de grasa ensamblado. Accionamiento del embolo.

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8.1.3. Cortador para grasas en bloque.

El cortador para grasas en bloque es un mecanismo que permite obtener

una muestra de grasa en bloque de 5cm (2 in) de lado. Consta

principalmente de la cuchilla en acero inoxidable y de dos cuñas que dan

la inclinación que la norma exige para la cuchilla.

Figura 4. Cortador para grasas en bloque.

8.1.4. Baño de aire o de agua para la muestra de grasa.

El baño de agua se requiere para llevar la muestra de grasa a la cual se le va a

realizar el ensayo a la temperatura de prueba 25 °C (77°F). El baño de aire tiene la

misma función del baño de agua, pero se utiliza para las grasas en bloque.

8.1.4.1. Baño de agua.

El baño de agua consta de una resistencia que permite calentar el agua en la cual se

encuentra la muestra de grasa. La tapa del recipiente que contiene la muestra esta

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provisto de un mecanismo que permite introducir el termómetro para controlar la

temperatura de la muestra.

Figura 5. Baño de agua con el termómetro que permite el control de la temperatura

de la muestra.

8.1.4.2. Baño de aire.

El baño de aire utiliza una resistencia que permite calentar el aire en donde se

encuentra la muestra de grasa en bloque. El recipiente esta provisto de un

mecanismo que permite utilizar el termómetro para la medición y control de

temperatura de la muestra.

Figura 6. Baño de aire para grasas en bloque.

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8.2. COSTOS DEL MECANIZADO DE LAS PIEZAS

Los costos del proyecto incluyen los materiales necesarios para la fabricación de las

piezas así como el costo del mecanizado como tal. Se incluyen algunos costos

adicionales como el termómetro y la resistencia que utilizan tanto el baño de aire

como el baño de agua.

8.2.1. Penetrómetro.

8.2.1.1. Base. (hierro).

Material $8000. Maquinado (roscado, cepillado) $45000

8.2.1.2. Dispositivo de centrado. (hierro)

Material $3500. Maquinado (taladrado, corte, pulido) $15000

8.2.1.3. Base para el comparador de carátula.(acero inoxidable)

Material $4500.Maquinado (roscado, refrentado) $15000

8.2.1.4. Cono (aluminio y acero inoxidable)

Material $ 30000. Maquinado (torneado, roscado) $65000

8.2.1.5. Costo total Penetrómetro.$182500

8.2.2. Tratador de grasas

8.2.2.1. Recipiente para la muestra (hierro)

Material $ 8000. Maquinado (torneado, roscado) $85000

8.2.2.2. Tapa y tapón (hierro y aluminio)

Material $ 10000. Maquinado (torneado, roscado) $95000

8.2.2.3. Embolo (aluminio y hierro)

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Material $ 10000. Maquinado (torneado, roscado) $75000

8.2.2.4. Costo total Tratador de grasas $273000

8.2.3. Cortador para grasas en bloque

8.2.3.1. Base del cortador (hierro)

Material $ 8000. Maquinado (torneado, roscado) $25000

8.2.3.2. Cuchilla (acero inoxidable)

Material $ 4000. Maquinado (torneado, roscado) $30000

8.2.3.3. Cuñas (hierro)

Material $5000. Maquinado (torneado, roscado, fresado) $75000

8.2.3.4 Manija (aluminio)

Material $4000. Maquinado (corte, pulido) $10000

8.2.3.5. Costo total Tratador de grasas $171000

8.2.4 Baño de aire y de agua

8.2.4.1. Resistencia y base de la resistencia (cerámica)

Material $ 3500.

8.2.4.2. Recipiente para el baño de agua (aluminio)

Material $ 4000

8.2.4.3. Recipiente para el baño de aire (vidrio)

Material $15000.

8.2.4.4 Termómetro $15000.

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8.2.4.5. Costo total Tratador de grasas $37500

8.2.5. Costo total del proyecto $661500

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BIBLIOGRAFÍA

ALBARRACIN, Ramón. Tribología y Lubricación industrial y automotriz. Medellín: Copservicio, 1993. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D217-82. Standard Test Methods for Cone Penetration of Lubricating Grease. CAMERON, Walter. The Principles of Lubrication. London: Lungmans, 1966 MARTINEZ, Francisco. La tribología, ciencia y técnica para el mantenimiento. México: Limusa Noriega Editores,1996. WALLACE, Robert. Lubricants and their applications. New York: Mc Graw Hill, 1993. WILLS , George. Lubrication Fundamentals. New York: Marcel Dekker, 1980.

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ANEXO A

GUIAS DE LABORATORIO PARA LA REALIZACIÓN DEL ENSAYO DE

PENETRACIÓN POR CONO EN GRASAS LUBRICANTES.

CONTENIDO

Pág.

Guías de laboratorio para la realización del ensayo de penetración por cono en

grasas lubricantes.

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