Fundamentos de la lubricación

En esta edición volveremos a retomar algunos de los conceptos básicos y generales de la lubricación.

Las piezas lubricadas, más el lubricante, forman el llamado Sistema Tribológico.

Estos conceptos son aplicables a cualquier mecanismo lubricado. Cuando hablamos de lubricantes podemos pensar en sólidos (p. ej. molibdeno), semisólidos (p. ej. grasas y pastas) y líquidos (p. ej. aceites). Hablaremos aquí principalmente de aceites, con algunas referencias a los otros dos grupos.

La función principal de los lubricantes es reducir la fricción entre dos piezas, con movimiento relativo entre sí. Las dos piezas lubricadas, más el lubricante, forman el llamado sistema tribológico. Reducir la fricción implica al mismo tiempo reducir el desgaste y el calor generado. El aceite suele ser un elemento importante en la refrigeración, principalmente en aquellos componentes como las transmisiones, que no cuentan con un fluido refrigerante adicional. Si bien se busca disminuir el desgaste, es inevitable que se generen ciertas partículas metálicas producto del mismo. En este aspecto, es también función del lubricante el transportar las partículas de desgaste hacia el filtro, para que sean retenidas. Partículas de muy bajo tamaño (pocos micrones), que logren pasar por la malla del filtro, se mantendrán en suspensión y serán removidas al cambiar el aceite. Otras funciones de los lubricantes incluyen la protección contra la corrosión y los ácidos generados en la combustión.

El espesor de película es un elemento fundamental en la lubricación, y está determinado por tres factores: viscosidad, carga y velocidad. Mayor viscosidad aporta mayor espesor de película. Mayor carga en el mecanismo reduce el espesor. Mayor velocidad de movimiento ayuda a la mayor formación de película. Todos estos factores se ven de forma clara en la famosa curva de Stribeck disponible online. Dependiendo del espesor de película podemos identificar tres situaciones de lubricación bien claras. Lubricación límite: la película es del orden de las rugosidades superficiales y hay contacto entre las piezas; Lubricación hidrodinámica: existe suficiente espesor de película para separar las piezas, aproximadamente tres veces el espesor de la rugosidad; Lubricación mixta: existen ambos casos anteriores en simultáneo, con posible contacto entre las piezas. Cabe mencionar que los rodamientos y en los engranajes se lubrican bajo un régimen denominado elastohidrodinámico, es decir que se produce una lubricación hidrodinámica pero producto de una deformación elástica en los materiales, formando la cuña necesaria para que se desarrolle la película lubricante. Además, la viscosidad del aceite puede aumentar drásticamente y de forma momentánea en la zona de contacto, debido a estas altas presiones.

Muchas veces la velocidad y carga de una máquina son factores fijos, determinados por las condiciones de trabajo. La viscosidad es entonces el parámetro que más frecuentemente puede trabajarse. Aquí es importante respetar la viscosidad de diseño, y tener en cuenta otras cuestiones que pueden hacer bajar la misma, como la temperatura o la dilución por combustible. Productos sintéticos tienen un mejor índice de viscosidad, es decir que mantienen mejor la viscosidad con los aumentos de temperatura.

Tampoco es recomendable pasar al otro extremo de muy alta viscosidad. Esta situación, si bien logrará separar completamente las partes lubricadas, generará mayor temperatura de trabajo y mayores pérdidas de energía. Dicho más claro, el mecanismo trabajará más forzado, más pesado, si se usa una viscosidad excesivamente alta. De hecho, las nuevas tendencias de diseño de lubricantes, apuntan a menores viscosidades y mejores paquetes de aditivos que puedan contrarrestar un eventual caso de lubricación mixta. El llamado ahorro de combustible está en el foco de las nuevas formulaciones. Algunos lubricantes de baja viscosidad pueden lograr ahorros de combustible del orden del 1%. En casos experimentales, con viscosidades de 0W-12 y en motores especialmente preparados, se han registrado ahorros de hasta 5%. Estos lubricantes son siempre sintéticos o semisintéticos, dado que no sería posible llegar a las bajas viscosidades W con bases minerales. Lo mismo podemos decir de los aceites industriales en aplicaciones tales como hidráulicas o de engranajes.

Mecanismos de muy baja velocidad, o donde sea difícil contener al lubricante, serán lubricados con grasas. Las mismas incorporan además de aceite base y aditivos, un tercer elemento que es el espesante. El espesante puede ser de litio, complejo de litio, calcio, litio/calcio, etc. Cada uno de estos tiene sus ventajas y desventajas, ya sea para la alta temperatura, repelencia al agua, o resistencia al trabajado mecánico. El aceite base sigue siendo el principal responsable de la formación de película, incluso en las grasas. Es por esto que al momento de seleccionar una grasa, no solo debemos ver la consistencia o dureza de la misma (grado NLGI), sino que debemos tener clara la viscosidad del aceite base usado. Por otra parte, el disulfuro de molibdeno o el grafito son aditivos sólidos que dan especial soporte bajo cargas de impacto, donde no se logra formar una película lubricante tal como la mencionada. En casos de buena formación de película, no es necesario este aditivo sólido, incluso se desalienta su uso debido a la posibilidad de ser abrasivo ante holguras muy pequeñas (p. ej. rodillos y pistas de un rodamiento).

Como siempre indicamos, a la hora de seleccionar un lubricante es muy importante la recomendación del fabricante del equipo, tanto en viscosidad, normas, e intervalo de cambio sugerido. Bajo la mirada de un especialista en lubricación, junto con el soporte del análisis de aceite usado, es posible la selección de lubricantes superadores que entreguen mayor vida útil, especialmente en aplicaciones industriales.

Hemos comentado así algunos de los principales fundamentos de la lubricación, tales como la viscosidad y formación de película, que continuaremos desarrollando en próximas ediciones.

* Asesor Técnico – Shell Lubricantes