Las partes móviles de las máquinas deben su larga vida la fiabilidad del sistema de lubricación. La larga vida de las cajas de engranajes es su sistema de lubricación, crítico para soportar la transmisión bajo todos los modos de operación.
El propósito del sistema de lubricación de la caja de engranajes es proporcionar un film de aceite en las superficies de contacto de todos los componentes de trabajo para reducir fricción y desgaste. Adicionalmente, el aceite sirve para quitar y disipar calor donde se genera, previniendo que la temperatura de los componentes del engranaje se eleven a un nivel excesivo. Otras funciones de la lubricación incluyen la transferencia y/o retirada de las partículas desgastadas, además de la filtración del óxido y la corrosión y cualquier otro contaminante no deseable.
Si la lubricación falla en llevar a cabo alguna de sus funciones puede ocasionar el fallo prematuro del equipo.
Comprendiendo el papel y la importancia de un sistema de lubricación en la vida total de una caja de engranajes nos servirá como base para entender las necesidades para un mantenimiento efectivo del sistema. En este artículo examinamos el número de tipos de lubricantes disponibles, así como los sistemas usados para suministrar tal lubricante a través de una caja de engranajes.
Comprendiendo la lubricación
Podemos definir la lubricación como el control de la fricción y el desgaste entre superficies adyacentes mediante el desarrollo de un film lubricante entre ellas, llamado film de aceite elastohidrodinámico (EHD).
El espesor del film EHD entre las superficies de dientes de engranaje es bastante pequeño, usualmente menos que 1.25 micrómetros (0.00005”). El espesor del film de aceite es menos significativo – si las superficies adyacentes no están completamente separadas, el film de EHD deja áreas locales de contacto entre aquellas superficies, haciéndolas vulnerables a la fatiga de superficie.
La viscosidad es característica de los fluidos para resistirse a la fluencia libremente. Es una de las características más importantes de un fluido de lubricación. La viscosidad del aceite de lubricación cambia apreciablemente con la temperatura, y generalmente se indican dos temperaturas: 40 ºC y 100 ºC. La viscosidad usualmente se expresa en términos del tiempo requerido para una cantidad estándar de fluido a una temperatura dada para fluir a través de una apertura estándar.
La vida por fatiga de componentes contactando de una caja de engranajes, tal como los dientes de engranaje y rodamientos, se determinan por una compleja combinación de velocidad, carga, temperatura del lubricante, espaciamiento y alineamiento. El papel del lubricante en esta interacción se determina principalmente por velocidad, viscosidad y temperatura. El efecto de estos factores en la vida de los elementos por fatiga puede quedar alterado dramáticamente a altas temperaturas con una viscosidad inferior, y films de aceite resultante más finos. La selección del lubricante correcto para cada aplicación requiere un cuidadoso estudio de las condiciones ambientales operacionales esperadas.
Lubricantes de engranajes
Antes de elegir un lubricante de engranajes debe considerarse varios factores – la velocidad y carga de operación de la unidad, rango de temperaturas y disponibilidad de lubricante, por nombrar algunos. Sin embargo, el parámetro más importante para seleccionar un lubricante es la viscosidad. Las unidades de alta velocidad producen un film aceptable de aceite en el área de contacto de los dientes incluso con aceite de baja viscosidad; a velocidades de operación más lentas, se genera un film de aceite más delgado, requiriendo aceite más viscoso para separar las superficies de contacto.
Existen dos tipos básicos de lubricantes en los sistemas de transmisión de engranajes: aceites minerales y aceites sintéticos.
Lubricantes basados en el petróleo
Los aceites minerales basados en petróleo son mezclas complejas derivadas de aceites de crudo refinado. Se añaden además aditivos químicos para mejorar propiedades específicas tales como incrementar la vida del lubricante, resistir al óxido o incrementar la capacidad para llevar cargas.
El aceite para altas cargas se denomina lubricante para engranajes de presión extrema (EP), y contienen aditivos seleccionados que incrementan la capacidad para llevar cargas de engranajes. Forma un film en el metal que proporciona separación de componentes bajo condiciones de carga más altas. Los lubricantes EP son ideales para ser usados cuando se anticipan condiciones de operación extremas. Los aditivos que se utilizan para realzar estas propiedades proceden del fósforo y el azufre.
Lubricantes sintéticos
Los lubricantes sintéticos consisten en fluidos base fabricados mediante síntesis química o reestructuración molecular para cumplir las cualidades físicas o químicas para ciertos parámetros de operación, tales como la estabilidad de oxidación o térmica a alta temperatura, baja variación de la velocidad en un amplio rango de temperatura y/o una larga vida en servicio.
Debe tenerse cuidado cuando los lubricantes sintéticos se sustituyen por lubricantes previamente utilizados. Debe establecerse la compatibilidad con otros componentes de la caja de engranajes con bordes de sellado de goma, sellos O-ring de goma o pinturas. Los lubricantes sintéticos pueden ser hasta cuatro veces más costosos que los aceites basados en petróleo, y generalmente están reservados para aplicaciones más problemáticas como las que trabajan a temperaturas altas o bajas, equipos sometidos a sobrecargas frecuentes y equipos con sistemas de lubricantes marginales.
Los lubricantes sintéticos más frecuentes son los esteres, materiales con amplios rangos de temperaturas de operación e índices de velocidad altos.
Otro tipo de lubricantes sintéticos son los hidrocarburos sintéticos – que contienen muchas de las ventajas de los esteres, pero tienen una estructura similar a los aceites minerales, lo cual los hace compatibles con los aceites minerales pero no deterioran sellos y pinturas (los esteres tienen una compatibilidad más baja con algunos materiales poliméricos tales como sellos y pinturas).
Bibliografía: Understanding and maintaining an effective lubrication system. Hidrocarbon Processing August 2010
Palabras clave: Elastohydrodynamic (EHD) oil film
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