Definición.-Un lubricante es toda sustancia sólida, semisólida o líquida de origen animal, vegetal, mineral o sintético que pueda utilizarse para reducir el rozamiento entre piezas y mecanismos en movimiento.

Los aceites industriales deben satisfacer una serie de exigencias, más estrictas que las de los aceites para automóviles.

La técnica evoluciona y la protección del medio ambiente se ha transformado en una de las grandes preocupaciones. Las principales preocupaciones son:

Por último, algunos lubricantes poseen una fórmula "secreta". Algunas veces contienen aditivos "cebos" cuyo objetivo es dificultar los análisis. También existen productos denominados "encubridores de olor" para paliar la incomodidad de algunos olores que aparecen con la utilización de aceites de base o de aditivos.

 

Teniendo en cuenta las nuevas restricciones impuestas por las innovaciones tecnológicas, por la evolución de las normas y por las condiciones de utilización, las especificaciones y exigencias de los fabricantes están en constante aumento y evolución y esto de forma cada vez más estricta. Dichas evoluciones, que en estos últimos años se han acelerado de forma singular, demandan una adaptación constante de los lubricantes a las necesidades del mercado.

·         Aceites Base

·         Aditivos

Hay diferencias de desempeño y de características entre los diversos lubricantes. Su único punto en común es el componente principal denominado "base lubricante", que representa entre el 75 y el 85% del aceite, pudiendo ser de origen mineral (petrolífera) o sintético.

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Las indicaciones sobre la viscosidad permiten caracterizar el comportamiento de un lubricante en caso de evolución de la temperatura. En caliente, el aceite tiende a ser más fluido: se desliza con mayor facilidad; en frío su tendencia es de espesarse.

Esta propiedad es medida según la norma S.A.E.

 

Los aceites minerales se obtienen de la destilación del petróleo bruto a partir de varios y complejos procesos de refinación.

Con un precio más elevado, estos aceites dan unas prestaciones "razonables". Los aceites minerales son, los más utilizados, tanto en el sector automovilístico, como industrial.

Los aceites semi-sintéticos se obtienen a partir de una mezcla de aceites minerales y aceites de síntesis (generalmente compuestos entre un 70 y un 80% por aceite mineral y entre el 20 y el 30% por aceite de síntesis).

Las bases de estos productos son obtenidas por medio de reacciones químicas. Dos grandes familias de estos productos son utilizadas en la composición de lubricantes:

Estos aceites se obtienen a partir de procesos químicos complejos, por lo que son más caros pero ofrecen resultados mejores:

Presentan excelentes propiedades físicas y una estabilidad térmica excepcional.

Los aditivos están presentes en un promedio del 15% al 25% en el aceite, su función es:

 

- Propiedades de los Lubricantes

El aceite actúa como refrigerante en el motor, de forma complementaria a otros sistemas de enfriamiento (agua, radiador, bomba de agua y circuito de enfriamiento, sin olvidar el enfriamiento asegurado por el flujo continuado de aire que recorre las paredes del motor y el cárter de aceite). El calor generado en los pistones durante la combustión es transferido a las camisas del cilindro por medio de una capa lubricante que se encuentra en ella. El aceite que está en la zona del pistón es raspado y transmite calor.

Por ello, el aceite necesita resistir a temperaturas extremas. Es importante, por lo tanto, que el aceite tenga la viscosidad adecuada.

Los desechos de combustión, los eventuales residuos de aceite oxidado o quemado pueden conllevar a la formación de depósitos o capas. El aceite debe limpiar el motor y arrastrar las impurezas al filtro donde estas quedarán paralizadas. En otras palabras, los aditivos anti- herrumbre y anticorrosivos deben proteger las superficies metálicas contra la acción de los ácidos formados en los procesos de combustión.

Es importante, ya que el aceite garantiza esta función. Su misión es cerrar ciertas partes del motor. Es fundamental que el pistón y la camisa del cilindro estén lo más estancas posible. Aunque los segmentos del pistón, en este caso, son los principales agentes de estanquización, estos no serán suficientes si el propio pistón y sus segmentos no son lubrificados convenientemente.

Examinemos las propiedades lubricantes del aceite. Entendemos por lubricación el hecho de que el aceite mantenga, en principio, separadas las piezas móviles, impidiendo que éstas se toquen de forma directa.

El contacto entre dos piezas metálicas móviles aumenta el roce, genera calor y conlleva desgaste. La consecuencia final son un agarrotamiento y una completa deterioración del motor.

En sus comienzos, el aceite de motor que el automóvil poseía era un aceite mineral puro y sin ningún tipo de aditivos. Los motores han ido cambiando y con ello las exigencias de sus diversas piezas han ido en aumento. Como consecuencia los aceites también han tenido que mostrar un desempeño de extrema calidad.

Con el fin de evitar el problema del rozamiento, fueron creados aditivos químicos especiales que mezclados con el aceite, reforzaban la capa lubrificante.

Si colocamos una superficie metálica bastante bien pulida bajo un microscopio, nos damos cuenta que en realidad dicha superficie es rugosa y contiene picos y erupciones profundas. Si dos superficies similares se rozan una contra la otra, podemos imaginar los problemas que provienen de una acción de tipo "papel esmerilado".

Protección del aceite contra la oxidación

Un buen aceite debe en principio proteger todas las piezas del motor. Su función es evitar que este sufra corrosiones y que sea invadido por las impurezas, etc.

Uno de los factores potenciales de trastornos del motor son las altas temperaturas que en él se producen. Cuando la temperatura sube, las moléculas de aceite se mezclan con el aire y se oxidan como todas las demás materias. Cuanto más alta es la temperatura más rápido se produce la oxidación.

Se puede comparar la oxidación del aceite a la del hierro. Con el calor, este último se oxida, se forma la herrumbre y el hierro se deteriora y desaparece. Lo mismo ocurre con el aceite. Su viscosidad aumenta y se forman depósitos y ácidos.

Una molécula de aceite oxidado se va combinar con otras moléculas Provocando una reacción en cadena como muestra la figura. Para prevenir el comienzo de la oxidación empleamos los aditivos antioxidantes. Tienen la propiedad de combinarse con las moléculas oxidadas e impidiendo el contacto con las moléculas de aceite que no han sido afectadas, así lo muestra la figura abajo en la derecha.

Cuando un motor gira, hay numerosas combustiones pequeñas, independientes unas de otras.

 

Para que un vehículo realice una distancia de 1.500 kilómetros, su motor realizará en media 10 millones de combustiones. Cada una de ellas genera gases y residuos como el hollín. Con el polvo y la suciedad de la carretera, estas partículas ensuciarán el aceite.

Papel de los aditivos detergentes dispersantes

Un motor que gira también genera depósitos y residuos que formarán capas sobre los pistones y otras piezas que se encuentran en movimiento. El aceite debe actuar para que las partes vitales del motor se mantengan exentos de tales capas y depósitos. Hay otros aditivos que realizan esta tarea.

El aceite no solamente debe mantener limpio el interior del motor sino que también debe encargarse de que los elementos contaminantes sean inofensivos para él, impidiendo así, la aglomeración de partículas.

 

Las propiedades dispersantes del aceite, sumadas a los dispersantes que le son añadidos son capaces de distribuir los elementos contaminantes en el aceite impidiendo, de esta forma, que estas partículas se agrupen. Siendo dispersadas en el aceite de forma que son inofensivas.

 

La optimización de un lubricante necesita, además del ajuste de sus diferentes características, la realización de un cierto número de pruebas que permiten evaluar las diferentes propiedades que se le otorgan en función del desempeño que para ellas se busca durante su acción.

En la primera etapa de elaboración se realizan particularmente pruebas en laboratorio sobre un material específicamente apropiado.

Los análisis en bancos de pruebas (mecánicos y después en el motor), se realizan en un material lo más próximo del real permitiendo la comprobación de los resultados de las pruebas en laboratorio.

El último ciclo de optimización de un lubricante concluye con verdaderas pruebas en funcionamiento realizadas sobre el mismo material en condiciones normales de utilización.

 

La acción del oxigeno del aire y de la temperatura influyen en el envejecimiento de los lubricantes. Es el fenómeno de la oxidación. En las pruebas de oxidación, las temperaturas son establecidas en función de las temperaturas que pueden ser encontradas en funcionamiento.

Uno de los papeles importantes del lubricante es la protección contra la corrosión. También es indispensable conocer (para eventualmente  modificarlos) las reacciones que se producen entre el lubricante y las superficies metálicas de diferentes naturalezas.

Este tipo de pruebas permite determinar el comportamiento de los diferentes materiales cuando están en presencia de un aceite. Se certificará, por ejemplo, por medio de pruebas específicas, la compatibilidad de un lubricante con las juntas de estanqueidad.

Ciertas combinaciones de algunos lubricantes resultan de la combinación de productos que no son totalmente miscibles en el aceite: por lo que se debe controlar la estabilidad durante el almacenamiento.

Estas pruebas tienen por objetivo determinar la capacidad de un aceite de mantener en suspensión las materias sólidas susceptibles de contaminar dicho aceite durante el servicio. Por ejemplo: Los motores de combustión producen residuos (hollín) y parte de dichos residuos se encuentra en el aceite. Este, por lo tanto, debe ser capaz de mantener el hollín en suspensión y evitar la acumulación que podría llegar a producir un taponamiento de los circuitos.

Estas pruebas tiene por objetivo determinar la máxima o la mínima resistencia de los lubricantes a los esfuerzos mecánicos que tienden a provocar la ruptura de las moléculas de ciertos componentes.

No existe un aparato que pueda medir directamente la máxima o la mínima resistencia de una capa de aceite a la presión. En laboratorio las diferentes propiedades (untuosidad, resistencia de la capa de aceites, alta presión, presión extrema) solamente pueden ser estudiadas por medio de sus efectos, esto con la ayuda de los bancos de pruebas que permiten provocar variaciones, una tras otra, en los factores susceptibles de influenciar tal resistencia. Para las grasas se realizan las mismas pruebas que las efectuadas en los aceites; son realizadas con ayuda de aparatos especiales: máquinas de 4 bolas, Timken, etc.

-Banco de pruebas

Las pruebas de laboratorio son complementadas con pruebas en el banco, en máquinas de estructura muy próxima a la de las máquinas reales. Aquí se establecen condiciones precisas.

Las pruebas en motores tienen por objetivo observar el comportamiento de los aceites, tanto en motores de gasolina, como en motores diesel.

Cada prueba está orientada para evidenciar una o varias propiedades del lubricante. Ninguna prueba en motor es capaz de evaluar simultáneamente el conjunto de las propiedades.

Las pruebas en banco son efectuadas en motores multi-cilíndricos, de uso corriente en el automóvil, o en motores mono-cilíndricos.

Estas pruebas tienen por objetivo verificar, en mecanismos reales, las propiedades de cohesión interna y de resistencia a la presión de los lubricantes.

Diferentes métodos son utilizados según los tipos de engranajes empleados y las condiciones de pruebas aplicadas.

Las pruebas en laboratorio y en banco son indispensables para la elaboración de un lubricante. Sin embargo estos ensayos tienen resultados bastante aleatorios. Por ello, solamente las pruebas en funcionamiento real, proporcionan resultados fiables para la calificación de un lubricante.

Las pruebas en funcionamiento real presentan una doble ventaja:

Las pruebas en funcionamiento son generalmente largas y costosas, pues es indispensable que sean realizadas de forma estadística en diferentes tipos de máquinas de una misma categoría e, incluso, repetidamente, con el fin de verificar los fallos, que surgen con frecuencia, de los organismos mecánicos.

Las conclusiones de dichos ensayos se formulan:

Las especificaciones API y ACEA validan un nivel de calidad reconocido por el conjunto de los fabricantes. Sin embargo algunos de ellos añaden sus propias exigencias y publican, para determinadas aplicaciones, una lista de productos homologados.

 

El nivel de calidad A.P.I. viene representado por un código generalmente formado por dos letras:

Para obtener esta norma, los lubricantes deben superar cuatro pruebas de motor en las que se tiene en cuenta:

Para determinados aceites:

La reducción del consumo de carburantes debido a la escasa viscosidad (categoría "Energie Conserving).

Existe 3 tipos de clasificación :

SD:

SE:

SF:

SG:

SH:

SJ:

API SL:

API SM:

CC:

CD: CD II:

CE:

CF4:

CG4:

CF:

Clasificación API es importante sobre todo para los motores americanos. Los motores de origen europeo exigen otros criterios.

En consecuencia, los fabricantes de motores europeos han desarrollado un sistema propio de clasificación. Esta fue establecida por la ACEA, antigua CCMC o "Comité de Constructores del Mercado Común", por lo que las normas empleadas son de la CCMC. Este organismo tiene como principio reflejar la clasificación de la API añadiéndole algunas exigencias.

Las normas ACEA están divididas en tres grupos:

Cada grupo posee varios niveles de calidad indicados por una cifra (1,2,3,...), seguida de las dos últimas cifras del año de introducción de la versión más reciente.

Para los motores a gasolina existen las siguientes normas:

La norma SAE J 300 definió lo que se denomina "Grado de viscosidad" para cada lubricante Ej.: S.A.E. 40 (grado de viscosidad para el verano). Cuanto más elevado es el número mejor es el mantenimiento de la viscosidad a altas temperaturas. En el caso de uso urbano o deportivo, o cuando la temperatura del aire es elevada, el motor soporta altas temperaturas que acentuarán dicho fenómeno. También es importante para la protección del motor la utilización de un aceite que se mantenga lo suficientemente viscoso.

En frío, sin embargo, el aceite tiende a espesarse. Por ello, es importante que se mantenga muy fluido, incluso en temperaturas bajas, para que pueda distribuirse por el motor y proteger así las piezas mecánicas que están en movimiento. En este caso, el aceite también debe facilitar el arranque. La viscosidad en frío se caracteriza, según las normas S.A.E por "Un grado de viscosidad invierno". Ej.: S.A.E.10W El número que indica el grado de viscosidad invierno es siempre seguido de la letra W (para "winter" que quiere decir invierno en inglés).

Cuanto menor es el número mayor es la fluidez del aceite a baja temperatura o en el momento del arranque.

Los aceite monogrado son utilizados cuando la temperatura de funcionamiento varia poco (o en aplicaciones específicas).

Los aceites multigrado responden a la vez a una graduación de invierno y una de verano. Ej.: S.A.E. 10W 40 10W= Graduación de invierno 40= Graduación de verano El aceite multigrado es menos sensible a la temperatura. Esto significa que en invierno permite un arranque fácil gracias a su fluidez.

La grasa se utiliza como lubricante desde hace muchos siglos. Los usos más antiguos remontan a 4.000 A.C. En aquella época los egipcios recurrían a ellas para resolver los problemas de fricción en sus carros.

Las primeras grasas estaban elaboradas con materiales que contenían cal mezclada con grasas animales y algunas veces con aceites vegetales. Este tipo de substancia fue utilizada hasta el siglo XIX, cuando las primeras grasas a base de aceites minerales fueron desarrolladas y utilizadas como eficaces lubricantes en las vagonetas de las minas y en las máquinas industriales que en aquel entonces funcionaban con bastante lentitud. Esa grasa sólida, llamada "briqueta", fue utilizada de forma intensa hasta mediados del siglo XX. En la actualidad aún continua siendo utilizada en algunas partes del mundo.

Durante todo el siglo XX, con el desarrollo de los motores a vapor, de los vehículos motorizados y de las máquinas industriales y agrícolas, hubo una creciente necesidad de grasas más eficientes. De esta manera surgieron las producidas a base de jabones metálicos de sodio, de aluminio y de bario, entre otros. Más adelante volveremos a esta terminología. Había una gama muy variada de grasas ya que cada producto era creado en función de un uso específico: para chasis, para cojinetes, para mandos de dirección, para piñones, para vagonetas, convoyes, carros, etc. Hacia 1950 se introdujo una grasa de "multiuso", echa a base de litio. La aparición de este producto produjo cierto escepticismo pero algunos años más tarde se transformó en la grasa más utilizada para los vehículos a motor y las máquinas industriales. Todavía hoy la grasa de litio es la más utilizada en el mundo industrial.

En algunos casos la grasa es el mejor lubricante aunque en otros, el aceite se muestra más eficaz. De todas formas la grasa y el aceite, aunque presenten cualidades diferentes, tienen el mismo objetivo: reducir el roce y el desgaste de dos superficies en movimiento.

Las grasas no disponen de cualidades de enfriamiento y limpieza de que dispone un lubricante líquido, pero poseen otras cualidades que hacen, en casos específicos, que su utilización sea más adecuada que la de un aceite, como por ejemplo cuando la substancia necesita mantenerse fija en un mecanismo. Este caso se da principalmente cuando las posibilidades de una nueva lubricación son limitadas o económicamente injustificadas. La mayoría de las grasas son utilizadas para cojinetes con rodamientos y a veces para cojinetes lisos; para cajas de cambios y engranajes abiertos. Supuestamente una grasa debe realizar las mismas funciones que un aceite e incluso más. En ciertas funciones, su desempeño es superior al de los aceites.

Es importante escoger los ingredientes de una grasa en función de su aplicación pero también es necesario saber cómo combinarlos para producir un producto de calidad. El procedimiento de fabricación de una grasa es mucho más complicado que el de un aceite pues en esta fabricación entra en juego una reacción química y un proceso físico.

El control del recalentamiento y del enfriamiento y la adición del aceite al espesante son de gran importancia pues son estos procesos los que garantizan el éxito de su fabricación. La mayoría de las veces las grasas son preparadas en vasijas de acero especialmente equipadas con mezcladores y con un sistema que permite recalentar y enfriar su contenido.

Escoger una grasa no es tan simple pues desgraciadamente no existe una que realmente sirva para "todos los usos", esto debido a las diversas aplicaciones que se le dan en la industria, en el sector automovilístico y en la marina. Algunas grasas modernas de primera calidad pueden satisfacer hasta el 75% de las necesidades pero para el 25% restantes son necesarias otras, diferentes y especiales. La gama, por lo tanto, es extensa. Para escoger una grasa es necesario tener, por una parte, información técnica detallada con respecto a la utilización que se le desea dar, y por otra, el conocimiento de un especialista experimentado.

La NLGI "National Lubricating and Grease Institute" clasifica las grasas lubricantes según su consistencia, expresándola en "grados". Esta clasificación viene representada por los siguientes números: 000, 00, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6. Cada grado corresponde a un parámetro en el cual debe situarse la consistencia de la grasa que es determinada por la penetración de un cono en dicha substancia. El resultado obtenido se expresa en 1/10 mm.. Cuanto más elevada es la penetración, más débil es su número: una grasa NLGI 000 tiene, por lo tanto, menos consistencia que una de calidad NLGI 2, que presenta un grado de penetración muy elevado.

La parte líquida lubricante de una grasa generalmente representa el 90% de su peso y es un factor importante en la determinación de su desempeño. Las características del aceite de base (viscosidad, volatilidad, punto de gota, etc.) evidentemente tendrán una influencia en las características de la grasa.

En consecuencia la selección del aceite de base (se pueden utilizar varios) siempre se debe hacer en función de la aplicación prevista para la grasa. La mayoría de las veces se utilizan aceites minerales ya que estos ofrecen buenas características a un bajo precio. También se utilizan aceites sintéticos principalmente cuando se buscan condiciones específicas, como por ejemplo las de las zonas de temperatura de utilización más altas o más bajas. Los aceites vegetales son escogidos por sus características biodegradables, cuando es necesaria la compatibilidad con el caucho natural o cuando los lubricantes están en contacto con alimentos.

Es el elemento de mayor influencia en las características de la grasa. Por ello están generalmente clasificadas según el tipo de espesante utilizado. Este forma una estructura fibrosa que contiene aceite, similar a una esponja con agua. Hay dos clases principales de espesantes: los jabones metálicos y los espesantes sin jabón. Aproximadamente el 90% de las grasas utilizan jabones

metálicos. Estos pueden ser subdivididos en dos categorías: los jabones convencionales (litio, calcio, aluminio, sodio) y los jabones compuestos denominados complejos. Los espesantes sin jabón están divididos en diferentes tipos de productos como los espesantes inorgánicos (p. Ej.: la arcilla), los polímeros (p. Ej.: poliurea), pigmentos/colorantes, geles y ceras.

Los jabones utilizados para hacer grasas son creados a partir de una operación de saponificación. La reacción de las materias grasas se produce químicamente con el metal llamado alcalino, durante el ciclo de producción. Las materias grasas comprenden generalmente grasas y aceites de origen vegetal o marino. Los metales alcalinos (por lo tanto básicos con respecto a los productos ácidos) normalmente son hidróxidos de litio, calcio, sodio y aluminio. El ácido 12- hidroesteárico, derivado del aceite de ricino, es la materia saponificable más utilizada y se encuentra disponible en forma de metiliéster, ácido o glicérido. Esta materia saponificable es usada principalmente en la producción de grasas, litio y calcio.

Aunque un número limitado de grasas contiene únicamente: aceite de base y espesante; la mayoría de ellos contiene diversos aditivos para mejorar y modificar sus características. Como los aceites, los aditivos son utilizados para ejercer, entre otras, acciones antioxidantes, anticorrosivas y de anti-desgaste.

La tecnología de los aditivos para las grasas difiere significativamente de la de los aceites sobre todo por la presencia del espesante, elemento que puede interferir en la acción de los aditivos. Su nivel de concentración suele ser más elevado y la posibilidad de elección es más limitada. Existen también aditivos sólidos que forman una capa sobre las superficies metálicas para reducir la fricción e impedir el contacto entre las superficies.