LUBRICANTES COMPUESTOS O COMPUND

Son la mezcla de un aceite mineral con cantidades de ácidos grasos que oscilan entre un 3-5% por peso. Esta cantidad es suficiente para recubrir la totalidad de las superficies lubricadas; es muy importante observar que la cantidad de ácidos grasos que se le añaden al aceite tiene un punto óptimo ya que a partir de un cierto porcentaje el coeficiente de fricción disminuye en menor proporción. Las moléculas de ácidos grasos como el oleico y el esteárico son inherentes a los aceites vegetales, animales y marinos. En la tabla No1 se especifica la variación del coeficiente de fricción EHL de un aceite mineral, en función del porcentaje de ácido graso añadido.

Tabla No1
Variación del coeficiente de fricción EHL en función del porcentaje de ácido graso añadido

El enlace entre el extremo activo de la molécula de ácido graso (el extremo polar ó carboxílico) y la superficie metálica es muy fuerte dando lugar a una reacción que produce una película de jabón unida químicamente a la superficie metálica. Cuando el extremo polar de la molécula de ácido graso se ha unido a la superficie metálica, el resto de la molécula (la cadena larga hidrocarbonada) se yergue sobre ella, actuando como un separador entre las superficies en movimiento relativo. Las moléculas largas de ácido graso no se atraen mutuamente y series sucesivas de éstas forman una capa gruesa con un bajo coeficiente de fricción. Este efecto es independiente de la viscosidad del aceite y el ácido graso no tiene ninguna importancia si no reacciona con la superficie metálica; por otro lado sus propiedades reactivas dependen en gran medida de la naturaleza del metal. En la tabla No2 se dan los coeficientes de fricción combinados ó EHL para superficies de diferentes tipos de materiales sometidas a velocidades de deslizamiento del orden de 0,01 cm/s y lubricadas con un aceite parafínico puro y con éste más un 1% de ácido láurico.

Tabla No2
Coeficiente de fricción EHL en función del tipo de material y del tipo de superficie lubricada

Los ácidos grasos proporcionan también acción humectante sobre las superficies metálicas, por lo que ayuda a que los lubricantes Compuestos no sean arrastrados por la acción del agua cuando su presencia es crítica, sino que hacen que ésta resbale sobre su superficie. La humedad es esencial para que las soluciones diluidas del ácido graso ataquen químicamente el metal para formar el jabón; sin embargo soluciones concentradas de ácidos grasos son capaces de llevara a cabo un ataque químico y lograr condiciones de tratamiento mínimo, bajo condiciones de película límite, aún en ausencia de agua.

Los lubricantes compuestos se emplean para condiciones de lubricación EHL, en donde la temperatura en el punto de interacción de las rugosidades de las superficies metálicas sea menor ó igual a 120°C. Los lubricantes compuestos se utilizan con mucha frecuencia en sistemas de lubricación a plena pérdida como en el caso de cilindros de vapor (en donde hay presencia de vapor húmedo ó saturado en contacto con las superficies metálicas); en la lubricación de los cilindros de los compresores de etapas múltiples, en donde la condensación de agua en los Inter.-enfriadores puede llegar a ser crítica; en la lubricación de reductores de velocidad sinfín-corona, en cojinetes lisos de molinos de bolas, hornos cementeros, etc. Los lubricantes compuestos no se recomiendan para condiciones de operación que requieran una buena demulsibilidad del aceite con respecto al agua, porque una vez que se forma la emulsión ésta no se separa.

Comercialmente los lubricantes compuestos se conocen como aceites para cilindros de vapor y se clasifican en tres categorías:

· Ligeros: ISO 320.
· Medianos: ISO 460.
· Pesados: ISO 680 en adelante.

Los ácidos grasos y los aditivos EP por reacción química cumplen con la función de reducir la fricción EHL pero a diferentes temperaturas de operación. Cuando la temperatura de operación del aceite medida en el carter llega aproximadamente a 50°C, el ácido graso se desprende y la fricción aumenta considerablemente; por otro lado, a temperaturas por debajo de 50°C, los aditivos EP por reacción química no desempeñan ningún papel, pero para valores por encima de esta temperatura presentan bajos coeficientes de fricción. Por lo tanto, para condiciones EHL con temperaturas de operación variables, el aceite debe llevar tanto ácidos grasos como aditivos EP por reacción química.

Son lubricantes que al aplicarlos sobre las superficies metálicas forman una delgada capa de lubricante de aspecto sólido (queda como si la superficie metálica se hubiera pintado con una fina capa de pintura) que recubre el perfil de las rugosidades rellenando una parte de los valles y dando lugar a un área real de soporte de carga equivalente al 40% del área real (esta es el área que se puede medir en el mecanismo y que soporta la carga que está actuando sobre él). Estos lubricantes pertenecen al grupo de Extrema Presión y se consideran de segunda generación; su utilización es ideal en aquellos mecanismos que funcionan bajo condiciones de pare y arranque, porque en ese momento se presentan condiciones de película límite; el lubricante de película sólida elimina esta condición e impide que se presente el desgaste adhesivo.

Las sustancias más utilizadas como lubricantes de película sólida son el grafito, bisulfuro de molibdeno, bisulfuro de tungsteno, sulfato de plata, talco y teflón. En la tabla No3 se especifican los coeficientes de fricción EHL para diferentes tipos de aditivos EP (cuando se utilizan solos se denominan lubricantes) de segunda generación.

Tabla No3
Coeficientes de fricción de diferentes tipos de lubricantes ó de aditivos EP de película sólida

Características de los lubricantes de película sólida

- Elevado punto de fusión y alta estabilidad térmica.
- Película elástica y resistencia a la deformación plástica y por lo tanto un coeficiente de fricción EHL bajo.
- Estructura laminar conformada por partículas sub-micrométricas, lo que permite una orientación en el sentido del movimiento del mecanismo.
- Bajo grado de dureza y solubilidad limitada.
- Gran adherencia a las superficies.
- Cualidades anti-corrosivas y buena estabilidad química.
- Recomendado para condiciones de altas temperaturas y elevadas presiones unitarias y donde es necesario evitar la corrosión por vibración.
- Soportan la presencia de gases, ácidos y disolventes.
- Aptos para lubricar aquellas superficies que deban hacer las veces de conductores de la electricidad.
- Recomendados para la lubricación de mecanismos donde es necesario evitar que el lubricante salpique ó resbale y para aquellas superficies que deben trabajar libres de borra ó de polvo (pelusa del algodón en la industria textil).

Grafito

Se obtiene a partir del grafito natural y en una pureza hasta del 99% en peso de carbono. Cuando se utiliza en un suspensión coloidal el tamaño de la partícula debe ser menor de dos micras. El grafito es estable hasta temperaturas de 400°C, pero por encima de esta temperatura se combina con el oxígeno y produce anhídrico carbónico. En atmósferas inertes es estable hasta temperaturas entre 2.500 y 2.750°C; no es tóxico y resiste composiciones de halógenos y ácidos de azufre hasta temperaturas de 100°C. Generalmente se emplea mezclado en polvo como un lubricante adicional en aceites y grasas y se denominan lubricantes EP de segunda generación, presentan un excelente poder de deslizamiento y le confieren al mecanismo lubricado una capacidad adicional de soporte de carga.

Bisulfuro de Molibdeno (MoS2)

Se obtiene a partir de la molibdenita, que contiene aproximadamente 0,4% de bisulfuro de molibdeno (MoS2) puro. Si este material se somete a un proceso de lavado y trituración, se obtiene el MoS2 con un 99,9% de pureza. El MoS2 tiene una estructura laminar cristalina en forma de capas, en donde entre dos laminillas de azufre se encuentra una de molibdeno; cada laminilla es tan fina que aproximadamente 1.630 de ellas superpuestas alcanzan solamente un espesor de una micra.

Debido a su estructura molecular, el MoS2 resiste altas presiones y se desplaza fácilmente en dirección paralela a la superficie sobre la cual es aplicado. Esta capacidad de desplazamiento interno, sumado a su excelente adhesividad hacia las superficies metálicas, da lugar a la superposición de las laminillas y a la formación de una extraordinaria película lubricante límite ó sólida. La explicación más aceptada de la forma como trabaja la película sólida de MoS2, se deriva de la fuerte atracción conque los átomos de azufre son atraídos por las superficies metálicas y por la unión individual poco fuerte entre dichos átomos, lo que hace que la fricción EHL entre dos superficies recubiertas con MoS2 sea baja y se deslicen fácilmente.

El empleo del MoS2 da lugar a coeficientes de fricción EHL más bajos que los obtenidos con aceites como el de palma, el de ricino, el del ácido oleico y aún el del mismo grafito. El MoS2 es estable en el aire hasta 370°C, por encima de esta temperatura aparece la oxidación y el producto resultante, trióxido de molibdeno, que se forma da lugar a un desgaste abrasivo severo de los elementos lubricados. La reacción de oxidación del MoS2 es:

Mo+6 S2 -3 + 9/2O20 __________370°C_________ Mo+6O3 -2 + 2S + 6O3-2

Donde MoO3 es trióxido de molibdeno.

El MoS2 en vacío soporta temperaturas hasta de 1.100°C. En la tabla No4 se especifican los diferentes tipos de MoS2 de acuerdo con el tamaño de las partículas que constituyen el MoS2.

Tabla No4
Tamaño en micras de las partículas que constituyen el MoS2

Las propiedades físico-químicas del grafito y del bisulfuro de molibdeno se especifican en la tabla No5.

Tabla No5
Propiedades físico-químicas del grafito y del bisulfuro de molibdeno

El MoS2 puede tener las siguientes presentaciones:

· En polvo: para su aplicación las superficies deben estar exentas de aceite y de grasa y para su aplicación se frota sobre las superficies en dirección paralela al sentido del movimiento. El tamaño de las partículas está comprendido entre 0,5 y 35 micras y el polvo a utilizar debe poseer un contenido mínimo del 95% de MoS2. El MoS2 en polvo nunca se le debe añadir a un aceite porque no permanece en suspensión. Se emplea principalmente mezclado con grasas de jabón de complejo de litio,en una proporción que oscila entre el 3 y el 10% por peso; el MoS2 les confiere una mayor adhesividad y las hace aptas como grasas para condiciones de lubricación EHL; se caracterizan por tener un color gris brillante.

· En suspensión coloidal y semicoloidal: tienen un tamaño de partícula entre 0,5 y 5 micras. Se utiliza mezclado con el aceite para reductores de velocidad y en aceites para motores de combustión interna presenta un excelente desempeño porque reduce considerablemente el desgaste adhesivo que se presenta a la altura de los puntos muertos superior e inferior en la carrera del pistón. Es conveniente controlar que la temperatura del cilindro no sobrepase los 370°C para evitar que se oxide el MoS2 y forme MoO3 ó trióxido de molibdeno. Esta suspensión coloidal, además de añadírsele a un aceite, se puede mezclar con un solvente y aplicarlo en forma de spray en el cual la película de MoS2 queda sobre la superficie metálica y el solvente se vaporiza. Su mayor aplicabilidad es en la lubricación de cadenas, en guías, cremalleras y en aquellas superficies de difícil acceso.

En forma de pastas: consiste en una mezcla de un 20% a un 70% por peso de MoS2 en polvo, con un aceite generalmente de tipo sintético; la masa que se obtiene presenta coeficientes de fricción mayores que los del MoS2 en polvo, debido a que las laminillas no quedan completamente paralelas. Su utilización normal es como pastas de montaje para evitar el agarrotamiento de partes que se ensamblan entre sí como en el caso de tuercas y tornillos.

Bisulfuro de Tungsteno

Su granulometría es menor de 6 micras y presenta coeficientes de fricción del orden de 0,032; su color es blanco, lo cual lo hace particularmente indicado en la lubricación de elementos de máquinas en la industria textil, en donde se requiere que el lubricante no manche los productos que son fabricados.

Bentonita

Se producen por reacción del hidrosilato de magnesio ó de aluminio con una sal amoniacal. Presentan buena estabilidad a altas temperaturas, resistencia a la oxidación y protección contra la corrosión de las superficies metálicas en presencia de agua y no se licuan. La bentonita se prepara mediante un proceso de gelatinización.

Silicona

Se puede emplear seca, mezclada con agua, aceite ó grasa. Sus características de lubricidad son bajas y por lo regular se utiliza como un producto protector en lugar de cómo lubricante.