MODIFICACION DEL GRADO ISO DEL ACEITE DE ACUERDO CON LA TEMPERATURA AMBIENTE

Por:

PEDRO ALBARRACIN AGUILLON INGENIERO MECANICO UdeA

MEDELLÍN - COLOMBIA

INTRODUCCIÓN

Por lo regular cuando el fabricante de una máquina especifica el tipo de aceite que se debe utilizar en la lubricación de sus mecanismos, lo hace recomendando la marca y el nombre de un aceite ó dando las propiedades físico-químicas del aceite con base en las normas ASTM. Cuando recomienda la marca y el nombre de un aceite, si ésta no es conocida en el país donde va a funcionar la máquina, entonces el usuario debe hallar el aceite que sea equivalente y de fácil consecución. Esto aunque parece sencillo, en muchos casos presenta dificultades, como la de tenerlo que importar; pero ya sea que se haga esto ó se proceda de otra manera el problema finalmente se puede resolver. El inconveniente más crítico se presenta es con la temperatura de operación a la cual va a trabajar el aceite en los mecanismos lubricados y con la temperatura ambiente, ya que por lo regular el primer parámetro, en el 99% de los casos no se especifica y el segundo dato, la mayoría de los fabricantes lo dan para rangos de temperatura muy amplios. Esto hace, que el aceite que finalmente se utiliza no sea el óptimo y conlleve, por lo tanto, a que en los mecanismos lubricados se presenten problemas de desgaste erosivo ó adhesivo, a corto ó a mediano plazo.

Con este artículo se busca aclarar esta situación y dar las herramientas necesarias para que el usuario de un equipo pueda seleccionar, de la mejor manera posible, el grado ISO del aceite con base en la temperatura de operación y la del medio ambiente.

Para hallar de manera precisa el grado ISO del aceite que se debe utilizar para una aplicación en particular, el fabricante del equipo debe especificar dos valores de la viscosidad a su respectivas temperaturas de referencia, ó un valor de la viscosidad y el índice de viscosidad del mismo. Algunas veces el fabricante del equipo solo especifica un valor de la viscosidad del aceite a una temperatura de referencia, lo cual es una manera incorrecta de recomendar el aceite. En cualquiera de los tres casos descritos, el fabricante del equipo debe especificar adicionalmente, el rango de la temperatura de operación y el de la temperatura ambiente, en el cual va a trabajar el equipo, con la viscosidad recomendada. La forma de proceder en cada uno de estos casos es la siguiente:

- Dos valores de la viscosidad a sus respectivas temperaturas de referencia.

Del gráfico No1 (ver articulo "Selección correcta de un aceite industrial", abril 09 de 2003), se halla la viscosidad del aceite en centistokes (cSt) a las mismas temperaturas de referencia, luego en el gráfico No2 (ver articulo "Selección correcta de un aceite industrial", abril 09 de 2003), se grafica la curva del aceite requerido, con los dos valores de viscosidad en cSt a sus respectivas temperaturas de referencia. Por la curva hallada del aceite se sube hasta que corte la vertical de los 40°C y por el punto de intersección se traza una línea horizontal y en la escala vertical de la izquierda se leen el número de cSt del aceite a 40°C. Luego por medio de la Tabla No1 (ver articulo "Selección correcta de un aceite industrial", abril 09 de 2003), se estandariza dicha viscosidad y se halla el grado ISO correspondiente.

- Un valor de la viscosidad del aceite a su respectiva temperatura de referencia y el índice de viscosidad del aceite a utilizar.

Con la viscosidad dada a una temperatura de referencia especifica y el índice de viscosidad del aceite, se va a un gráfico que relacione dos valores de la viscosidad del aceite con el índice de viscosidad (libro Tribología y Lubricación Industrial y Automotriz, Tomo I, 2da edición, gráficos 8.1 y 8.2, página 205 y 206), y se halla el otro valor de la viscosidad a su respectiva temperatura de referencia. Normalmente la viscosidad se da en cSt a 40° y a 100°C, ó en SSU (Segundos Saybolt Universal) a 100° y a 210°F. Con los dos valores de la viscosidad en cSt a sus respectivas temperaturas de referencia, se halla el grado ISO del aceite de acuerdo con el procedimiento explicado en el numeral anterior.

- Un solo valor de la viscosidad del aceite a su respectiva temperatura de referencia y sin especificar el índice de viscosidad del aceite a utilizar.

En este caso, del gráfico No1 (ver articulo "Selección correcta de un aceite industrial", abril 09 de 2003), se halla la viscosidad del aceite en cSt a las mismas temperaturas de referencia y luego del gráfico No2 (ver articulo "Selección correcta de un aceite industrial", abril 09 de 2003), se halla el grado ISO del aceite a utilizar. Es necesario tener en cuenta que la curva del aceite hallado, en la práctica puede diferir de la curva real que el fabricante del equipo halló para calcular el grado ISO del aceite.

Para seleccionar el grado ISO del aceite, se consulta el catálogo del fabricante del equipo y allí si la recomendación es correcta deben aparecer las propiedades físico-químicas del aceite, entre ellas la más importante, la viscosidad del aceite, en cualquier sistema de unidades de viscosidad a una temperatura determinada, y el rango de la temperatura de operación y el de la del medio ambiente.

Por ejemplo, supóngase que una empresa adquiere un compresor de tornillo de cámara de compresión húmeda y las especificaciones del fabricante son:

1- Viscosidad SSU/100°F, ASTM D 445: 356
2- Viscosidad SSU/210°F, ASTM D 445: 55
3- Indice de Viscosidad, ASTM D 2270: 97
4- Punto de inflamación, °F, ASTM D 92: 445
5- Punto de Fluidez, °F, ASTM D 97: 0
6- Corrosión en lámina de cobre, 3 hr a 212°F, ASTM D 130:1b
7- Prueba de espuma, secuencia II, en 5 y 10 minutos, 10 y 0 ml de espuma, ASTM D892:30/0.

El fabricante del compresor adicionalmente especifica que la temperatura de operación del aceite en los rodamientos de apoyo de los rotores del compresor oscila entre 50° y 58°C y las propiedades físico-químicas del aceite recomendado son para un rango de temperatura ambiente entre 15° y 23°C.

En este caso el procedimiento para seleccionar el aceite correcto para el compresor de tornillo de cámara de compresión húmeda, corresponde a la primera metodología del item anterior y es el siguiente:

1- Se halla el grado ISO del aceite requerido para lo cual, utilizando el gráfico No1 (ver articulo "Selección correcta de un aceite industrial", abril 09 de 2003), se pasa la viscosidad dada del aceite en SSU a cSt, a sus respectivas temperaturas de referencia. En este caso se tiene que:
- 356 SSU/100°F = 78 cSt/100°F.
- 55 SSU/210°F = 8,8 cSt/210°F.
2- Como la recomendación del fabricante involucra los dos valores de la viscosidad del aceite a sus respectivas temperaturas de referencia, se va al gráfico No2 (ver articulo "Selección correcta de un aceite industrial", abril 09 de 2003), y se grafica la curva real del aceite requerido. Por la curva graficada se sube hasta hallar la línea vertical correspondiente a 40°C, y por este valor se traza una línea horizontal y se lee la viscosidad del aceite en cSt/40°C. Utilizando la tabla No1 (ver articulo "Selección correcta de un aceite industrial", abril 09 de 2003), se halla el grado ISO requerido del aceite, que en este caso es un ISO 68.
3- Con el grado ISO del aceite hallado, se va al catalogo del fabricante de los lubricantes utilizados en la empresa, y se halla el aceite de un grado ISO 68 que sirva para lubricar compresores de tornillo de cámara de compresión húmeda y que cumpla con las demás propiedades físico-químicas especificadas por el fabricante del compresor. Por el valor del índice de viscosidad especificado de 97, se puede concluir que se trata de un aceite mineral ó derivado del petróleo ó un sintético del tipo Diester. Si se quisiera utilizar un aceite sintético para esta aplicación, sería necesario tener en cuenta la metodología respectiva para seleccionar correctamente el aceite sintético.

El dato de la temperatura de operación y de la temperatura ambiente entran a desempeñar un papel muy importante cuando el equipo va a trabajar bajo unas condiciones de temperatura ambiente ó de operación diferentes a las especificadas por el fabricante del equipo. Por ejemplo, si se tiene la situación, que el compresor de tornillo del caso anterior, va a operar en un lugar donde la temperatura ambiente es de 35°C, es necesario hacer las modificaciones respectivas en el grado ISO del aceite a utilizar, ya que el fabricante del equipo está recomendando el aceite para un rango de temperatura entre 15° y 23°C.

Por definición la temperatura de operación es igual a:

Top = Ta + DTf

Donde:

Top: Temperatura de operación, °C (°F).
Ta: Temperatura ambiente, °C (°F).
DTf: Incremento de temperatura por fricción fluida, °C (°F).

Cuando la Ta cambia, también lo hace el DTf, pero solo ligeramente comparado con Ta, por lo que se puede considerar constante. Teniendo en cuenta los anteriores comentarios, la forma de proceder, para hallar el nuevo grado ISO requerido es la siguiente:

- Se halla el DTf, que como se dijo anteriormente, se puede considerar constante. En este caso es igual a:

DTf = 50°- 15°C = 35°C
ó
DTf = 58°- 23°C = 35°C

- Se halla la nueva temperatura de operación, que en este caso es igual a:

Top = 35° + 35°C = 70°C

- Como la nueva Top de 70°C, está por encima de 58°C, que es el límite superior de la temperatura de operación, se procede de la siguiente manera:

- En la curva del aceite seleccionado de grado ISO 68, en el gráfico No2 (ver articulo "Selección correcta de un aceite industrial"), se localiza la viscosidad de operación con la temperatura inicial de operación de 58°C (límite superior de la temperatura de operación) , para lo cual se traza una línea vertical por este valor de la temperatura hasta que corte la curva del aceite, y por el punto de intersección se traza un línea horizontal y en la columna vertical de la izquierda se halla el valor de la viscosidad de operación en cSt.
- Se localiza en la escala horizontal inferior del gráfico No2 (ver articulo "Selección correcta de un aceite industrial"), la nueva temperatura de operación de 70°C, por este punto se traza una línea vertical hasta que corte la línea horizontal de la viscosidad de operación (está viscosidad solo puede variar ligeramente dentro del rango de la temperatura de operación, ó sea entre 50° y 58°C), por el punto de intersección, se traza una línea paralela a la del aceite original, y se prolonga hasta que corte la línea vertical de 40°C, por este punto de intersección, se traza una línea horizontal y se lee en la escala vertical de la izquierda, la viscosidad del aceite en cSt/40°C.
- Se estandariza el valor hallado de la viscosidad del aceite y se tiene en este caso que el grado ISO del aceite a utilizar cuando la temperatura ambiente es de 35°C es un 220.

Si la temperatura ambiente donde va a trabajar el compresor de tornillo, estuviera por debajo de la temperatura ambiente mínima de 15°C, para la cual se seleccionó el grado ISO 68, entonces se encontraría el nuevo grado ISO del aceite, teniendo en cuenta la viscosidad de operación hallada con la curva del grado ISO 68 y la temperatura de operación de 50°C.

Si el grado ISO del aceite a utilizar para una máquina, se selecciona sin tener en cuenta la temperatura de operación ni la temperatura ambiente, se presentarán los siguientes problemas en los mecanismos lubricados:

- Si la temperatura ambiente real es menor que la que tuvo en cuenta el fabricante del equipo en sus cálculos, el grado ISO del aceite que se utilizara será mayor que el requerido, dando lugar a problemas de desgaste erosivo, altas temperaturas de operación, y mayor consumo de energía por fricción fluida, en los mecanismos lubricados.
- Si la temperatura ambiente real es mayor que la que tuvo en cuenta el fabricante del equipo en sus cálculos, el grado ISO del aceite que se utilizara será menor que el requerido, dando lugar a problemas de desgaste adhesivo, altas temperaturas de operación, y mayor consumo de energía por fricción sólida, en los mecanismos lubricados.

Para evitar que se presenten problemas de desgaste erosivo ó adhesivo con los mecanismos lubricados es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos:

- Cerciorarse de que en las recomendaciones del fabricante, con respecto al tipo de aceite a utilizar, para una aplicación especifica, se haya incluido el rango de la temperatura de operación y el de la temperatura ambiente donde va a trabajar el equipo, en caso contrario, recurrir al fabricante para que las especifique.
- Hacer las modificaciones del grado ISO a utilizar, en caso de que la temperatura ambiente donde va a trabajar el equipo sea diferente a la que tuvo en cuenta el fabricante en sus cálculos.

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