Fundamentos de las grasas Noria Corporation La Sociedad Americana de Ensayos y Materiales (ASTM) define una grasa lubricante como: Un producto sólido o semisólido producto de la dispersión de un agente espesante en un líquido lubricante. Se les pueden incluir otros ingredientes que les pueden impartir propiedades especiales (ASTM D4175-09, Standard Terminology Relating to Petroleum, Petroleum Products, and Lubricants). Anatomía de una grasa Como lo indica su definición, hay tres componentes que forman una grasa lubricante. Estos componentes son el aceite básico, el espesante y los aditivos. El aceite básico y los aditivos son los componentes más importantes en la formulación de una grasa, y como tales, ejercen un efecto considerable en el desempeño de una grasa. El espesante es a menudo mencionado como una esponja que mantiene el lubricante (aceite básico más los aditivos). Figura 1. Anatomía de una grasa
Aceite básico La mayoría de las grasas producidas en la actualidad utilizan aceite básico mineral como uno de sus componentes. Estas grasas hechas con aceites básicos minerales brindan un desempeño satisfactorio en la mayoría de las aplicaciones industriales. En temperaturas extremas (baja o alta), las grasas elaboradas con aceites básicos sintéticos tienen una mejor estabilidad. Espesantes El espesante es el material que, conjuntamente con el lubricante seleccionado, producirá la estructura sólida o semifluida de la grasa. El principal tipo de espesante usado en las grasas actuales es a base de un jabón metálico. Estos jabones pueden ser de litio, aluminio, arcilla, poliurea, sodio y calcio. Últimamente, las grasas a base de jabones complejos están ganando popularidad. Estas han sido seleccionadas por su elevado punto de goteo y su excelente capacidad de soporte de carga. Las grasas a base de jabones complejos son elaboradas combinando jabones metálicos convencionales con un agente acomplejante. La grasa a base de jabón complejo de litio es la más usada a nivel mundial. Son hechas con una combinación de un jabón de litio convencional y un ácido graso de bajo peso molecular como el agente acomplejante. Los espesantes no jabonosos están ganando también mucha popularidad en aplicaciones especiales con las encontradas en ambientes a alta temperatura. Las de bentonita y gel de silicio son dos ejemplos de espesantes que no se funden a alta temperatura. Hay un error de concepto, y es que, a pesar de que el espesante es capaz de soportar esa alta temperatura, el aceite básico se oxidará rápidamente bajo esas condiciones, por lo que se requiere de intervalos de re-lubricación más frecuentes. Aditivos Los aditivos tienen diferentes roles en una grasa lubricante. Los principales incluyen el mejoramiento de las propiedades existentes, suprimir las propiedades indeseables e impartirles propiedades que no tiene. Los aditivos más comunes son los inhibidores de oxidación y herrumbre (corrosión), los de extrema presión, los antidesgaste y los modificadores de fricción. Adicionalmente a estos, los aditivos sólidos para lubricación a película límite como el disulfuro de molibdeno (Moly) o el grafito pueden ser suspendidos en las grasas para disminuir la fricción y el desgaste sin que se presenten reacciones químicas adversas en las superficies metálicas cuando ocurran cargas pesadas y baja velocidad.
Tabla 1. Consistencia NLGI Función La función de una grasa es permanecer en contacto y lubricar las superficies en movimiento sin generar fugas bajo los efectos de la fuerza de la gravedad, la centrifuga o ser desplazada bajo presión. Su principal requisito es que mantenga sus propiedades bajo el esfuerzo de corte a la que está sometida a todas las temperaturas experimentadas durante su uso. Aplicaciones adecuadas La grasa y el aceite no son intercambiables. La grasa es usada cuando no es práctico o conveniente usar aceite. La selección del lubricante para una aplicación en específico es determinada comparando el diseño de la máquina y sus condiciones de operación con las características deseadas del lubricante. Las grasas son generalmente usadas para: 1. Máquinas que operan intermitentemente o están almacenadas por largos periodos de tiempo. Dado que la grasa permanece en su lugar, se puede formar instantáneamente una película lubricante. 2. Máquina de difícil acceso para lubricación frecuente. Grasas de alta calidad pueden ser usadas para lubricar componentes inaccesibles o aislados por periodos extensos de tiempo sin tener que re-lubricarlos frecuentemente. Estas grasas también son usadas en aplicaciones llamadas lubricadas de por vida como algunos motores eléctricos o cajas de engranajes. 3. Máquinas operando en condiciones extremas como alta temperatura y presión, cargas de choque o baja velocidad y alta carga.
4. Componentes desgastados. Las grasas mantienen una película gruesa en las tolerancias desgastadas y pueden extender la vida de dichas partes donde eran previamente lubricadas con aceite. Propiedades funcionales de las grasas 1. Las grasas funcionan como sellos para minimizar fugas y mantener fuera los contaminantes. Debido a su consistencia, las grasas actúan como un sellos para evitar las fugas del lubricante y el ingreso de contaminantes corrosivos y materiales extraños. Actúa también manteniendo un sello efectivo con sellos ya deteriorados. 2. Las grasas pueden ser contenidas más fácilmente que los aceites. La lubricación con aceite requiere de sistemas de lubricación por circulación costosos y de complejos accesorios de retención. En comparación, las grasas, en virtud de su rigidez, son fácilmente contenidas con accesorios de retención simples y menos costosos. 3. Las grasas pueden mantener lubricantes sólidos en suspensión. Lubricantes sólidos en forma de polvos muy finos, como el disulfuro de molibdeno (Moly) y el grafito, se mezclan con grasas que utilizan en condiciones de alta temperatura o en aplicaciones de extrema presión. Las grasas mantienen los sólidos en suspensión mientras que en aceite estos se asentarían. 4. El nivel del fluido no requiere ser controlado ni monitoreado. Características Al igual que los aceites, las grasas tienen sus propias características que deben ser consideradas cuando se seleccionan para una aplicación determinada. Estas características se encuentran en la hoja técnica de especificaciones del producto e incluyen las siguientes: Bombeabilidad. Es la habilidad de una grasa para ser bombeada o empujada a través de un sistema. Prácticamente, la bombeabilidad es la facilidad con que una grasa bajo presión puede fluir a través de tuberías, dosificadores y graseras en los sistemas de abastecimiento de grasa. Resistencia al agua. Esta es la habilidad de una grasa para soportar el efecto de agua sin cambios en su habilidad para lubricar. Una espuma de jabón/agua puede suspender el aceite en la grasa, formando una emulsión que puede lavar, o en menor grado, disminuir la lubricidad por diluir y cambiar la consistencia y textura de la grasa. Consistencia. La consistencia de la grasa depende del tipo y cantidad del espesante usado y de la viscosidad del aceite básico. La consistencia de la grasa es la resistencia a la deformación
cuando se le aplica una fuerza. La medida de esa consistencia es llamada penetración. La penetración depende de si la consistencia ha sido alterada por manejo o trabajo mecánico. Los métodos de ensayo ASTM D217 y D1403 son los utilizados para medir la penetración trabajada y no trabajada de las grasas. Para medir la penetración, un cono de dimensiones establecidas se deja caer dentro de la grasa por cinco segundos a una temperatura estándar de 25 C (77 F). La profundidad, en décimas de milímetro, en la cual el cono se introduce dentro de la grasa es la penetración. Una penetración de 100 representaría una grasa sólida mientras que una penetración de 450 representaría una grasa semifluida. El NLGI ha establecido números de consistencia o grados, que van desde 000 hasta 6, correspondiente a rangos específicos para cada número de penetración. La tabla 1 muestra la clasificación NLGI al igual que una descripción de la consistencia relacionada con algunos productos semifluidos. Punto de goteo. El punto de goteo es un indicador de la Resistencia de la grasa al calor. A medida que la temperatura en la grasa se incrementa, la penetración se incrementa hasta que la grasa se licua y esta pierde su consistencia. El punto de goteo es la temperatura a la cual la grasa se vuelve lo suficientemente fluida que suelta el aceite. El punto de goteo indica la máxima temperatura a la cual la grasa mantiene su estructura, no la máxima temperatura a la cual la grasa puede ser utilizada. Estabilidad a la oxidación. Es la habilidad que tiene una grasa para resistir la unión química con el oxígeno. La reacción de la grasa con el oxígeno produce gomas insolubles y depósitos tipo laca que causan una operación pegajosa, incrementan el desgaste y reducen las tolerancias entre las superficies en movimiento. Una exposición prolongada a alta temperatura acelera la oxidación de las grasas. Efectos de una alta temperatura. La alta temperatura afecta mucho más a las grasas que a los aceites. Las grasas, por su naturaleza, no pueden disipar el calor por conexión como un aceite en circulación. Consecuentemente, por no tener la habilidad para disipar el calor, la excesiva temperatura da como resultado un aceleramiento de la oxidación o aún peor, carbonización cuando la grasa se endurece o forma costras. La efectiva lubricación de la grasa depende de su consistencia. Las altas temperaturas producen ablandamiento y sangrado (perdida de aceite), haciendo que la grasa fugue de las áreas donde se necesita. El aceite mineral en la grasa se puede encender, quemarse o evaporarse a temperaturas por encima de los 177 C. Efectos de la baja temperatura. Si la temperatura a la que se encuentra una grasa es muy baja, esta puede volverse muy viscosa lo que permite que pueda ser clasificada como una grasa dura. La bombeabilidad se altera y la operación de la máquina puede volverse imposible debido a las limitaciones en torque y fuerza requerida para moverse. Como una
guía, el punto de fluidez del aceite es considerado como el límite de utilización de una grasa a baja temperatura.