REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR

VICEMINISTERIO DE POLÍTICAS ACADÉMICAS INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DEL OESTE

“MARISCAL SUCRE”

TEXTO GUÍA

LUBRICACIÓN

Autores: Ing. José Francisco Mérida Alemán

Ing. Milton Chacón Ing. Juan Gutiérrez

Caracas, Marzo de 2005.

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CONTENIDO

Pagina.

UNIDAD I LA LUBRICACIÓN Y SU IMPORTANCIA. OBJETIVO 1. LUBRICACIÓN. • Definición. • Terminologías.

o Superficie. o Fricción. o Desgaste. o Lubricante. o Viscosidad. o Aditivos.

• Características de la Película Lubricante. • Propósitos u objetivos de la lubricación • Principios básicos de la lubricación • Factores que afectan la lubricación OBJETIVO 2. • Tipos de Fricción.

o Fricción Sólida. o Fricción Fluida. o Leyes de la Fricción. o Fuerza de Fricción

• Factores que condicionan la fricción • Formas de reducir la Fricción. OBJETIVO 3. • Tipos de Desgaste.

o Desgaste Adhesivo. o Desgaste Abrasivo. o Desgaste Corrosivo. o Desgaste Erosivo.

• Problemas ocasionados por el desgaste. • Formas de reducir el desgaste. • Fatiga superficial. OBJETIVO 4. • La Viscosidad.

o Factores que influyen en la Viscosidad o Índice de Viscosidad.

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o Métodos para medir la Viscosidad.

UNIDAD II ACEITES LUBRICANTES. OBJETIVO 1. • Aceites Lubricantes.

o Aceites Básicos o Los Aditivos o Funciones de los Aditivos.

o Antidesgaste o Antioxidante o Antiherrumbrante. o Anticorrosivo. o Extrema Presión. o Detergente Dispersante. o Mejorador del Índice de Viscosidad.

• Clasificación de los Aceites. o Según su origen

o Orgánicos o Inorgánicos o Sintéticos

o Según su Estado Físico. o Líquidos o Sólidos o Semisólidos o Gaseosos.

• Funciones de los Lubricantes. • Factores que afectan la acción del lubricante.

OBJETIVO 2. • Formas de Lubricación.

o Película Hidrodinámica. o Película Hidrostática. o Lubricación por Amortiguamiento. UNIDAD III ENSAYOS DE LOS LUBRICANTES OBJETIVO 1.

• Ensayos Normales de los lubricantes

o Método ASTM D-287.

o Método ASTM D-88 y ASTM D-445.

o Método ASTM D-1500

o Método ASTM D-92 y ASTM D- 93

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o Método ASTM D-97

o Método ASTM D-189(Conradson) y ASTM D-524(Ramsbottom)

o Método ASTM D-664 y ASTM D-974

o Método ASTM D-1401 y ASTM D-2711

o Método ASTM D-1266, ASTM D-129 y ASTM D-1662

UNIDAD IV GRASAS LUBRICANTES OBJETIVO 1. • Grasas Lubricantes.

o Definición. o Obtención de las Grasas Lubricantes o Aceite Lubricante o Espesante o Composición de las grasas o Grasas de Espesante Orgánico. o Grasas de Espesante Inorgánico.

• Propiedades de las Grasas Lubricantes. o Consistencia. o Ensayo de Penetración o Resistencia al Calor. o Punto de Goteo. o Estabilidad Mecánica. o Resistencia al Agua.

• Aplicaciones de las Grasas Lubricantes. • Consideraciones para su Aplicación. • Método de Aplicación y Frecuencia. • Lubricación en Cojinetes. • Proceso de fabricación de las Grasas. OBJETIVO 2. • El Aceite Base.

o Características. • Los Aditivos

o Características o Propiedades

o Color o Olor o Compatibilidad o Solubilidad o Insolubilidad o Volatilidad o Estabilidad o Flexibilidad

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• Clasificación de los Aditivos o Mejoradores del índice de de viscosidad o Depresores del punto de fluidez o Inhibidores de la oxidación o Inhibidores de corrosión o Inhibidores de la herrumbre o Antiemulsionantes o Mejoradores del poder Detergente-Dispersante o Antiespumante o Antidesgaste o De extrema presión o De untuosidad

OBJETIVO 3. • Análisis de Laboratorio a las Grasas

o Punto de Goteo o Cono de penetración o Desintegración de la grasa por la acción del agua o Estabilidad mecánica o al Laminado

UNIDAD V. SISTEMAS Y MÉTODOS DE LUBRICACIÓN OBJETIVO 1. • Factores para la selección de los sistemas de lubricación. • Sistemas de Lubricación por Gravedad.

o Sistema Manual. o Sistema por Goteo. o Sistema por Estopa. o Sistema por Mecha. o Sistema por Botella.

OBJETIVO 2. • Sistema de Lubricación por Inmersión, Traslado y Salpique.

o Sistema por Anillo. o Sistema por Collar. o Sistema por Baño. o Sistema por Cadena o Sistema por Salpique

OBJETIVO 3. • Sistema de Lubricación por Presión

o Sistema por Alimentación Forzada. o Sistema por Rocío. o Sistema por Circulación

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OBJETIVO 4. • Plan de Mantenimiento. • Lubricación y Mantenimiento

o Definición. o Mantenimiento. o Mantenimiento Preventivo. o Mantenimiento Programado. o Mantenimiento Predíctivo. o Mantenimiento Correctivo. o Lubricación Programada. o Programa de Lubricación. o Implantación del Programa de Lubricación. o Lubricación programada o Periodos de lubricación

o Rutinas diarias o Rutinas semanales o Rutinas Mensuales

o Plan de Lubricación. o Definición o Características o Importancia o Aplicaciones.

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LUBRICACIÓN. UNIDAD N° I LA LUBRICACIÓN Y SU IMPORTANCIA. OBJETIVO 1.- • Definición: La Lubricación, es el Proceso utilizado en todo sistema mecánico, para lograr reducir ó minimizar, la fricción, el desgaste y el calentamiento, entre la superficie de dos cuerpos sólidos que se mueven; mediante la separación de las superficies de contacto, por una sustancia llamada Lubricante. Con el objeto de incrementar la vida útil del equipo o los elementos en contacto. La Lubricación, es el medio más efectivo para reducir la fricción, mediante la utilización de una sustancia llamada lubricante.

• Terminologías:

o Tribología. Es la ciencia que se encarga del estudio relacionado con: la Fricción, el Desgaste, los Materiales empleados en la fabricación de los equipos, el Diseño, la Operación y la Calidad de su mantenimiento. Tribología significa: Tribos = Fricción y Logos = Tratado.

o Superficie. La superficie es la parte de contacto entre los cuerpos sólidos, líquidos y gaseosos. Hay varios tipos de superficies tales como: Lisa, Áspera, Pulida, Rugosa, Suave. etc.

o Fricción ó Roce. La Fricción ó Roce, es la fuerza de resistencia producida en las caras o superficies de contacto entre dos cuerpos cuando, bajo la acción de una fuerza externa, existe un movimiento relativo entre ellos, deslizándose uno sobre la superficie del otro; produciendo un desgaste. En las maquinarias, estas superficies pueden formar parte de engranajes, cojinetes y cilindros, entre otros elementos mecánicos. Fricción, también es la perdida de energía mecánica durante el inicio, desarrollo y final del movimiento relativo entre dos materiales en contacto.

o Desgaste. Es cualquier pérdida de material ó destrucción entre dos superficies en contacto, a consecuencia de la fricción. Desgaste, Es la consecuencia directa del rozamiento metal a metal entre dos superficies y también se define como: El deterioro sufrido entre ellas a causa de la intensidad de sus rugosidades superficiales. Cuando el desgaste es crítico, las piezas de la máquina pierden sus tolerancias y quedan inservibles, causando daños y elevadas pérdidas en el área de producción.

o Lubricante. Son sustancias: líquidas, sólidas, intermedias y gaseosas; natural ó artificial, de origen animal, vegetal ó mineral; que se usa de acuerdo a las circunstancias ó requerimiento.

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Cumpliendo con el procedimiento de la lubricación. Los más usuales son: los aceites y las grasas.

o Viscosidad. Es una de las más importantes propiedades de cualquier aceite. Es su fricción interna o su resistencia a fluir. Mientras menor sea esta fricción, más fácil fluirá el aceite y viceversa. La viscosidad es inversamente proporcional la temperatura.

o Aditivos. Son sustancias químicas, que agregadas en cantidades adecuadas a una porción de aceite básico, modifica alguna de sus características naturales ó le comunica una propiedad que no posee. • Características de la Película Lubricante: La película lubricante debe poseer ciertas características como son: Adhesividad, Viscosidad, Espesor y Aditivos. El espesor de la película depende de la rugosidad superficial. En superficies con un buen acabado una película fina es suficiente, mientras que en superficies mal acabadas se necesita una película gruesa. • Propósitos u Objetivos de la Lubricación:

1. Control del desgaste. 2. Sellado de piezas. 3. Remoción de contaminantes. 4. Amortiguación de impactos. 5. Facilitar el funcionamiento de mecanismos, mediante la reducción de la fricción y

favorecer el desplazamiento. 6. Minimizar el desgaste, maximizando la vida útil de las piezas móviles. 7. Como medio de enfriamiento, por transferencia ó absorción de calor.

Objetivos de la Lubricación

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• Principios Básicos de la Lubricación: De acuerdo con las condiciones de operación, cada maquina requiere una lubricación en particular.

1. En una maquina pueden existir elementos físicamente iguales, pero pueden estar sometidos a condiciones de operación diferentes, requiriendo por lo tanto, lubricantes que cumplan con cada caso en particular.

2. Los lubricantes seleccionados deben contar con las características físico-químicas necesarias para un correcto funcionamiento

• Factores que afectan la Lubricación: La lubricación, como función vital en cualquier mecanismo dinámico, está relacionada con la interacción de dos Factores importantes como lo son: Los Factores de Operación y los Factores de Diseño. Los cuales influyen en el desarrollo del fenómeno conocido como Fricción.

1. Factores de Operación: Corresponden a tres (3) variables principales que son: a. La Temperatura, b. La Carga y c. La Velocidad.

2. Factores de Diseño: Corresponde a las siguientes variables: o Proyecto, Cálculo y Fabricación de la máquina. o Materiales utilizados en la construcción del mecanismo. o Diseño del sistema de aplicación del lubricante

OBJETIVO 2 • Tipos de Fricción: De acuerdo a la naturaleza de las superficies en movimiento, la fricción se clasifica en dos tipos que son:

o La Fricción Sólida o La Fricción Fluida.

De acuerdo con las zonas materiales, se presenta dos tipos que son: o Fricción Interna (entre partículas de un mismo cuerpo) o Fricción externa (entre cuerpos diferentes).

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o La Fricción Sólida. Resulta cuando las superficies móviles de contacto, son de naturaleza sólida. Ejemplo, dos o más engranajes. Esta puede presentarse en dos formas: Por Deslizamiento (esquiando) y Por Rodamiento (ciclismo)

o La Fricción fluida. Se presenta cuando al menos una de las superficies móviles en contacto, es de naturaleza fluida, bien sea líquida ó gaseosa. Un avión volando o un bote desplazándose en el agua • Origen de la Fricción: Es una consecuencia de las irregularidades de las superficies en contacto; las cuales no son por lo general completamente homogéneas ó uniformes. • Leyes de la Fricción: Son dos postulados que explican, la manera cómo se desarrolla la fricción.

o Primera Ley.- La fricción, es independiente del área total de la superficie.

o Segunda Ley.- La fricción varía, de manera directamente proporcional ala carga.

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• Fuerza de Fricción: Siempre que un cuerpo se deslice o ruede sobre la superficie de otro, existe una fuerza que se opone al movimiento, llamada fuerza de fricción o rozamiento. Dicha fuerza es paralela y opuesta al sentido del movimiento y se define como: F = ƒ . N

o F: fuerza necesaria para iniciar y/o mantener el movimiento ( kgf o lbf ) o N: fuerza normal que mantiene las dos superficies juntas ( kgf o lbf ) o ƒ : coeficiente de fricción (adimensional)

• Factores que condicionan la Fricción:

1. La Carga: Es un factor que no se puede controlar, porque hace parte de todo el mecanismo. Esta constituida por su propio peso y por la fuerza que éste imparte o transmite.

2. La Naturaleza de los Materiales: Dependiendo de la estructura molecular, dos cuerpos presentan mayor o menor fricción.

3. El Acabado superficial: Entre más áspera sean las superficies, mayor es la fricción; la cual disminuye con el grado de pulimento que presenten.

• Formas de reducir la Fricción:

1. Puliendo las superficies de contacto. 2. Cambiando el sistema de deslizamiento por el de rodamiento. 3. Interponiendo entre las superficies de contacto un lubricante adecuado.

Efectos de la Fricción

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OBJETIVO 3 • Tipos de Desgastes: Una superficie lubricada se puede desgastar por los factores intrínsecos al tipo de lubricante utilizado, tales como:

1. El tiempo de servicio 2. Contaminantes externos 3. Selección incorrecta del lubricante 4. Mal diseño del equipo, herramienta o elemento mecánico. 5. Empleo de materiales inadecuados.

Los tipos más frecuentes de Desgaste en las maquinarias son: 1. El Desgaste Adhesivo 2. El Desgaste Abrasivo 3. El Desgaste Corrosivo 4. El Desgaste Erosivo; los cuales pueden actuar solos o combinados.

o El Desgaste Adhesivo.-

Es el desgaste que se origina, por las irregularidades naturales de las superficies, como el que se presenta entre dos superficies completamente limpias, sin que existan partículas extrañas entre éstas.

o El Desgaste Abrasivo.- Se presenta cuando se encuentra alguna partícula extraña entre las superficies en movimiento y en contacto; la cual va deformando progresivamente a éstas superficies, dependiendo de la mayor o menor dureza de la partícula con relación al material en contacto. Ejemplo, arena ó polvo entre engranajes.

o El Desgaste Corrosivo.- Es el desgaste ocasionado, por el ataque químico de alguna sustancia presente entre las superficies en contacto. Ejemplo, el efecto de ácidos formados durante la combustión en el motor de un vehículo.

o El Desgaste Erosivo.- Es causado por un fluido a alta presión y con partículas sólidas en suspensión; las cuales al impactar sobre las superficies arrancan material de ellas debido a los efectos del momentun de las partículas. La perdida del material puede ser significativa, provocando roturas por fatiga. • Problemas Ocasionados por el Desgaste:

1. Mayor consumo de repuestos por aumento en las reparaciones y en el mantenimiento.

2. Reducción de la Producción por paros de maquinas. 3. Vida útil más corta de los equipos. 4. En motores de combustión interna existen perdidas de potencia y mayor consumo

de combustible.

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5. Posibilidad de accidentes ante el peligro de rotura de piezas al sobrepasar los límites permisibles de diseño.

• Formas de Reducir el Desgaste:

1. Utilizando el lubricante apropiado según los mecanismos y la operación. 2. La frecuencia y cantidad adecuada del lubricante. 3. La utilización de buenos y apropiados programas de lubricación (preventivo),

incluyendo limpieza, cambios de aceites y filtros • Fatiga Superficial: Es un daño superficial, que se presenta como consecuencia de los esfuerzos cíclicos de tensión, compresión y esfuerzo cortante sobre una superficie, los cuales dan como resultado grietas profundas por fatiga que causan finalmente la aparición de picaduras y de escamas. Se presentan en los mecanismos donde existe movimiento por rodadura y ocurre a través del tiempo. Ejemplos: Pistas de rodamiento. Flancos de los dientes de engranajes y Superficies de levas. OBJETIVO 4. • La viscosidad. Es una propiedad de los aceites lubricantes; la cual es inversamente proporcional a la temperatura, es decir, a mayor temperatura menor viscosidad y viceversa. Es la propiedad que tienen los fluidos de oponer resistencia al deslizamiento. • Factores que influyen en la Viscosidad:

1. La viscosidad de un aceite mineral puede verse afectada, por las variaciones internas de su composición y estructura. Por un lado, determinadas por el origen del petróleo crudo y su proceso de refinación y por otro lado, por las condiciones externas como son: La temperatura y la presión; las cuales pueden influir sobre las fuerzas moleculares.

2. La temperatura es lo que mas afecta a la viscosidad. A mayor temperatura menor viscosidad y el aceite puede fluir mejor Pero si la temperatura disminuye, la viscosidad aumenta y el aceite fluye menos.

3. La viscosidad es una de las propiedades mas importantes de un aceite lubricante. Es uno de los factores responsables de la formación de la capa de lubricación, bajo distintas condiciones de espesor de esta capa.

4. La viscosidad afecta la generación de calor en rodamientos, cilindros y engranajes debido a la fricción interna del aceite. Esto afecta las propiedades sellantes del aceite y la velocidad de consumo.

5. La viscosidad, determina la facilidad con la que las maquinas se pueden poner en funcionamiento a varias temperaturas, especialmente las bajas.

6. La operación satisfactoria de una pieza dada de un equipo depende fundamentalmente del uso de un aceite con la viscosidad adecuada a las condiciones de operación esperadas.

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Índice de Viscosidad: El índice de viscosidad es una propiedad de los aceites lubricantes, que indica la estabilidad de su viscosidad ante los cambios de temperatura. A mayor índice de viscosidad, mayor estabilidad, menor es su cambio.

• Métodos para Medir la Viscosidad. Existen diversos métodos para medir la viscosidad, existiendo un equipo denominado Viscosímetro; entre los principales métodos se mencionan los siguientes: Punto de inflamación, Punto de Fluidez, Basicidad y Acidez.