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Técnica

Las grasas lubricantes

Cómo están compuestas y cómo trabajan protegiendo a motores de vehículos e industriales.

Una grasa lubricantes es un producto compuesto por un líquido lubricante y un espesante al que pueden agregarse otras sustancias, aditivos, con el objeto de reforzar ciertas propiedades o conferirle nuevas características y que se comporta como un fluido no newtoniano con propiedades tixotrópicas.
Tanto el líquido lubricante como el espesante y los aditivos, deben ser elegidos en función del trabajo al que la grasa estará expuesta. Es necesario tener en cuenta si las temperaturas, presiones o velocidades serán altas o bajas, si estará expuesta o no a la acción del agua, si el acceso para relubricar es fácil o complicado, etc., etc. También deben ser tenidos en cuenta los niveles de requerimiento para determinar el porcentaje de los aditivos. No es lo mismo diseñar una grasa que debe trabajar a 150 °C que una para 250 °C.
Respecto a ser un producto que se comporta como un fluido no newtoniano con características tixotrópicas, más adelante detallaremos estas características y veremos su importancia en la lubricación.

LÍQUIDOS LUBRICANTES

Aceites minerales.
Aceites fijos:
- animales
- vegetales
- Siliconas.
- Esteres.
- Cucóles.
Fluorocarbonados.
Polímeros de hidrocarburos.
Hidrocarburos sintéticos, etc.

La mayor parte de los utilizados en la elaboración de grasas son aceites derivados de la destilación del petróleo (minerales). La razón esta en su elevada estabilidad química, la amplia variedad de viscosidades disponibles y su bajo precio. Los primeros que históricamente se utilizaron fueron los que se obtenían de los vegetales (colza, ricino, girasol, etc.) o de animales (aceite de pata vacuna o caballar).
Durante mucho tiempo dejaron de usarse, pero hoy día se han actualizado en razón de requisitos de biodegradabilidad para algunos lubricantes.
El resto de los fluidos, son productos de síntesis y cada uno de los enunciados antes tiene (y brinda a la grasa) una determinada característica. Recordamos que lo que de una grasa lubrica, es el fluido con que esta hecha.
Siliconas: Muy estables químicamente - hidrófobas - altos puntos de inflamación y bajos puntos de congelación.
Esteres: Resistente al calor en cuanto a destilarse y con bajísima tendencia a los residuos carbonosos. Ideal para lubricar cadenas en hornos (secado - termo fijado - curado de pinturas, panificaciones, etc.)
Cucóles: La mayor resistencia de película a ser rota por presiones elevadas que se conoce. Engranajes en baño.
Fluorocarbonados: Su principal característica es no combinar con oxigeno. Necesario para elaborar grasas que están en contacto con oxigeno y oxigeno liquido (roscas, válvulas, sellos).
Polímeros de hidrocarburos: Se conocen como polibutenos las viscosidades mas elevadas resisten agua. No son estables a temperaturas superiores a '\2Q°C - bajo residuo carbonoso.
Hidrocarburos sintético: los más conocidos y utilizados en nuestro mercado son los Polialfaolefinas (PAO). Tres características con valores superlativos. Alto índice de viscosidad, bajo punto de congelación, elevada estabilidad química. Los lubricantes fluidos para cárter llamados semisinteticos llevan un porcentaje de PAO agregado al aceite mineral.
Este listado de fluidos utilizados en la elaboración de grasas no es taxativo. Hasta el agua puede ser utilizada.

ESPESANTE

Jabones:
- Ca. (Calcio)
- Na. (Sodio)
- Li. (Litio)
Al. (Aluminio)
- Complejos.
- Mezclas.
Arcillas.
Poliureas.

La mayor cantidad de grasas lubricantes son espesadas con jabones (mas del 95%). Estos derivan de combinar un ácido (esteárico, docehidroxiesteárico, sebásico, etc.) con hidróxidos de diferentes metales. Cada metal confiere al jabón diferentes características.
Una característica de los jabones es su punto de goteo (más adelante veremos el ensayo). El punto de goteo es el punto de fusión del jabón con que está hecha la grasa. Tienen también diferentes comportamientos en relación con el agua y la temperatura.
Los jabones complejos más conocidos son los de calcio, aluminio y litio. El estearato de calcio se acompleja con ácido acético, lográndose acetato de calcio que tiene temperatura de fusión alta.
Tanto las arcillas bentoniticas como las sílices expandidas (Si O2) actúan sobre las moléculas del fluido por fenómenos de superficie, disminuyendo su movilidad.
Los Poliureas, que ya se ofertan en nuestro mercado, representan una tendencia actual para el logro de grasas multipropósito.
Poseen una sorprendente resistencia a ser eliminados por agua, soportan (en función del fluido con que están hechas) temperaturas superiores a 200 °C y son muy estables mecánicamente.

Selección en función del espesante

Tipos más comunes

Base	Max. Temp. de uso (2C)	Comportamiento en agua	Resistencia al choque o golpes	Período de Relubricación	Bombeabilidad
Ca.	60	Muy Buena	Regular	Regular a Bueno	Buena
Al.	60	Muy Buena	Muy Buena	Regular	Muy Buena
Na.	100	Mala	Buena	Bueno	Regular
Li.	120	Muy Buena	Buena	Bueno a Muy Bueno	Buena a Muy Buena
Ca. Compleja	180	Muy Buena	Buena	Bueno a Muy Bueno	Muy Buena
No Jabón	220	Buena a Muy Buena	Buena	Bueno a Muy Bueno	Muy Buena
Ureas	220	Excelente	Muy Buena	Bueno a Muy Bueno	Muy Buena

La evaporación será función del fluido. La oxidación estará vinculada al fluido y a los aditivos.

Aditivos

Inhibidores de:

Oxidación.
Corrosión.

Antidesgaste (Polares). Extrema Presión. Depresores punto de congelamiento. Adhesivos. Emulgentes, etc.
Los aditivos que se utilizan en grasas, son en general los mismos que para los fluidos lubricantes.
Volviendo a la definición, confieren ó refuerzan propiedades de la grasa. Se utilizan en pequeñas proporciones.

SOLIDOS LUBRICANTES

Grafito - Negro de humo.
Disulfuro de molibdeno (Mo S2).
PTFE (teflón).
Mica.
Oxido de cinc (Zn O).
Trióxido de antimonio (Sb2 O3),
etc.

Pueden considerarse como aditivos sólidos. Algunos como el negro de humo se utilizan también como espesantes.
El grafito y el disulfuro de molibdeno, confieren mayor capacidad de soportar presiones elevadas, protegen contra la corrosión y mejoran el coeficiente de fricción. El PIFE (politetrafluo-retileno) es resistente a la mayor parte de los productos agresivos y brinda estabilidad hasta los 300 °C - junto con la mica, tienen bajísimos coeficientes de fricción.
El óxido de cinc y el trióxido de antimonio, confieren a las grasas la característica de evitar la corrosión por vibración y soportan muy altas temperaturas.

MECANISMOS DE LUBRICACIÓN DE GRASAS

La diferencia de comportamiento entre un fluido newtoniano y otro no newtoniano (Recordar la definición de grasa lubricantes) consiste en como reaccionan cuando una fuerza cualquiera, incluso la gravedad, es aplicada a su masa. (Figura 1). El primero comienza a moverse a cualquier temperatura por encima de su punto de congelación. Ejemplo un aceite mineral. En función de distintas viscosidades fluirá más lento o más rápido, pero fluirá con la aplicación de la fuerza. Los no newtonianos (grasas), permanecen sin fluir hasta que el esfuerzo de corte (trabajo), aplicado a su masa, sobrepasa el punto de fluencia o memoria que es diferente para cada tipo de grasa (Fig. 1 y Fig. 2). Otra característica de las grasas (que mencionamos en la definición) es su carácter tixotrópico. Esto significa que al aplicar un esfuerzo de corte a la grasa, esta disminuirá su viscosidad aparente (consistencia) hasta aproximarse asintóticamente a la viscosidad del fluido con que la grasa esta elaborada (Figura 2). Esta característica puede ser ejemplificada cuando se utiliza un pomo de mayonesa ó de salsa kekchup. En ocasiones cuesta hacer salir el producto del pomo con una simple presión. Si aplicamos esfuerzos de corte agitando el pomo enérgicamente, esta dificultad desaparece por la caída de la viscosidad aparente.
Recordaremos que la viscosidad es la resistencia a fluir de una sustancia.
El carácter tixotrópico de algunas sustancias (entre ellas las grasas lubricantes) nos dice también que al cesar la aplicación de los esfuerzos de corte, la consistencia del producto tiende a retornar a su condición original.
Esta recuperación es función del tiempo.
Las ventajas que como lubricante se derivan de estas características son evidentes:
Debido al incremento de laviscosidad aparente al cesar el trabajo la perdida de grasa es mínima o nula.
Cuando el eje está en reposo, la consistencia se incrementa y provee de excelente capa protectora que el arranque.
La porción de grasa que pueda ser forzada al exterior tiende a endurecer y sirve de sello, mientras la que queda en el interior lubrica con apropiada viscosidad.

GRASAS VS LUBRICANTES FLUIDOS

a) Ventajas
1. Relubricación más prolongada = más seguridad.
Elimina o reduce contaminaciones, goteos y salpicados. En equipos con ejes verticales; única solución.
Diseño de máquinas más económico (sella por tixotrópica).
Adhiere más = más protección contra corrosión.
En el arranque mayor protección contra desgaste en período límite.
Reduce ruido y vibraciones.
Más capacidad lubricante para situaciones particulares de:
altas temperaturas
altas presiones
rpm elevadas
carga instantánea
marcha reversible
b) Limitaciones
Torque inicial más alto
Sistemas circulatorios (motores)
3. Frente a contaminación no puede ser filtrada
4. Menor capacidad para disipar calor

ENSAYOS DE GRASAS LUBRICANTES
PENETRACIÓN (ASTM D-217)

La penetración es la medida de su consistencia (más dura o más blanda) no es sinónimo de calidad. Representa para las grasas lo que la viscosidad es a los lubricantes fluidos. La grasa a medir se coloca en una taza (aprox. 400 c.c) se enrasa y se coloca en la platina del penetrómetro.
El conjunto de esfera y cono se baja hasta que la punta del cono enrase a la grasa. El eje que esta sujeto por un freno, se suelta durante 5 segundos durante los que cae libremente. A los 5 segundos se vuelve a frenar el eje. En la parte superior del con junto esfera y cono hay una palanca que presionada hará girar la aguja de la esfera que marcara en decimos de milímetro, cuanto el cono penetro en la grasa.
Existe una calificación ASTM y NLGI (American Society por Testing Material / National Lubricating Crease Instituto) que en forma similar a la escala SAE para aceites de cárter, nos de idea de la consistencia de distintas grasas (ver clasificación).

Clasificación ASTM y Consistencia NLGI

Penetración trabajada ASTM en mm/10 252 C (7T9 F)	Consistencia NLGI	Grado de dureza
445-475	000	Muy fluida
400-430	00	Fluida
355-385	0	Semifluida
310-340	1	Muy blanda
265-295	2	Blanda
220-250	3	Media
175-205	4	Dura
130-160	5	Muy dura
85-115	6	Durísima

PUNTO DE GOTEO (ASTM D - 566)

En un vaso se coloca en "baño María" un tubo de ensayo que contiene un "dedalito". Las paredes interiores del dedal están cubiertas con grasa. El conjunto comienza a calentarse. Cuando se ve caer la primera gota se toma la temperatura, que representa el valor del punto de goteo (recordar que es la temperatura de fusión del jabón con que está espesada la grasa).