oleohidraulica y diseño de circuito

7/30/2019 oleohidraulica y diseo de circuito

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LUBRICANTES:

DEFINICION:

Son sustancias slidas, semislidas o lquidas de origen animal, vegetal, mineral osinttico, que pueden utilizarse para reducir el rozamiento entre piezas y mecanismos enmovimiento.Como lubricantes slidos podemos citar el grafito el bisulfuro de molibdeno. Seutilizan principalmente en aquellas condiciones en donde los lubricantes lquidos sonincompatibles o de difcil aplicacin (trabajo a muy bajas presiones, altas temperaturas, piezaslubricadas de por vida, etc).El ejemplo ms comn de lubricante lquido son los aceites ampliamente utilizados enautomotriz vehculos y muchas aplicaciones industriales (turbinas, compresores, etc)Las grasas, en las que un aceite lquido es retenido por un agente espesante, son loslubricantes semislidos ms conocidos y empleados.

LUBRICACION:

Los lubricantes se interponen entre las dos superficies en movimiento. De esta manera,forman una pelcula separadora que evita el contacto directo entre ellas y el consiguientedesgaste.Es conveniente sealar que el lubricante no elimina totalmente el rozamiento, aunque silo disminuye notablemente. Esta disminucin del rozamiento es la definicin de lubricacin. Elrozamiento por contacto directo entre las superficies es sustituido por otro rozamiento internomucho menor, entre las molculas del lubricante. Este rozamiento interno es lo que llamamosviscosidad, sobre la cual se tratar extensamente en otros captulos del Manual.

FUNCIONES DE LOS LUBRICANTES:

Los lubricantes no solamente disminuyen el rozamiento entre los materiales, sino quetambin desempean otras importantes misiones para asegurar un correcto funcionamiento dela maquinaria, mantenindola en condiciones operativas durante mucho tiempo. Entre estasotras funciones, cabe destacar las siguientes:

1_Refrigerante

2_ Eliminador de impurezas

3_Sellante

4_Anticorrosivo y antidesgaste

5_Transmisor de energa


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El lubricante correctamente aplicado consigue:

_Evitar el desgaste por frotamiento

_ Ahorrar energa, evitando que se pierda en rozamientos intiles que se oponen almovimiento y generan calor.

1. RefrigeracinEl aceite contribuye a mantener el equilibrio trmico de la mquina, disipando el calorque se produce en la misma como consecuencia de frotamientos, combustin, etcEsta funcin es especialmente importante (la segunda ms importante despus delubricar), en aquellos casos en que no exista un sistema de refrigeracin, ste notenga acceso a determinados componentes de la mquina, que nicamente puedeeliminar calor a travs del aceite (cojinetes de biela y de bancada, parte interna de lospistones en los motores de combustin interna).En general, se puede decir que el aceite elimina entre un 10% y un 25% del calor totalgenerado en la mquina.

2. Eliminacin de impurezas

En las mquinas y equipos lubricados se producen impurezas de todo tipo algunas porel propio proceso de funcionamiento (como la combustin en los motores de explosin),partculas procedentes de desgaste o corrosin y contaminaciones exteriores (polvo,agua, etc).El lubricante debe eliminar por circulacin estas impurezas, siendo capaz demantenerlas en suspensin en su seno y llevarlas hasta los elementos filtrantes

apropiados. Esta accin es fundamental para conseguir que las partculas existentes nose depositen en los componentes del equipo y no aceleren un desgaste en cadena,puedan atascar conductos de lubricacin o producir consecuencias nefastas para laspartes mecnicas lubricadas.Podemos decir que el lubricante se ensucia para mantener limpia la mquina.

3. Sellante

El lubricante tiene la misin de hacer estancas aquellas zonas en donde pueden existirfugas de otros tipos gases que contaminan el aceite y reducen el rendimiento del

motor. La cmara de combustin en los motores de combustin interna y los mbolosen los amortiguadores hidrulicos son dos ejemplos donde un lubricante debe cumpliresta funcin.


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4. Anticorrosivo y anti desgaste

Los lubricantes tienen propiedades anticorrosivas y reductoras de la friccin y eldesgaste naturales. Se puede incrementar esta propiedad con el agregado de aditivos

especficos para preservar de la corrosin diversos tipos de metales y aleaciones queconforman las piezas y estructuras de equipos elementos mecnicos.

5. Transmisor de energa

Es una funcin tpica de los fluidos hidrulicos en los que el lubricante adems de lasfunciones anteriores, transmite energa de un punto a otro del sistema.

COMPOSICION DE LOS LUBRICANTES

Los lubricantes se componen de aceites base y una serie de aditivos modificadores delas propiedades de estos aceites.Los aceites base pueden provenir del refino del petrleo bien de reaccionespetroqumicas. Los primeros son los denominados aceites minerales y los segundos sonconocidos como aceites sintticos.Los aceites base de tipo mineral (bases minerales) estn constituidos por tres tipos decompuestos parafnicos, naftnicos y aromticos, siendo los primeros lso que se encuentran enmayor proporcin (60 70%) por tener las mejores propiedades lubricantes, pero siempre haycompuestos naftnicos y aromticos que aportan propiedades que no tienen las parafinas(comportamiento a bajas temperaturas, poder disolvente, etc)Las bases sintticas son sustancias prcticamente puras que poseen ciertascaractersticas especiales que las diferencian de las bases minerales, como son:

_Mejores propiedades lubricantes

_Mayor ndice de viscosidad

_Mayor fluidez a baja temperatura

_Mayor estabilidad trmica y a la oxidacin

_Menor volatilidad


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Aunque actualmente su importancia es creciente, su consumo se ve limitado por el elevadocoste de obtencin. Su principal utilizacin es la fabricacin de aceite de automotriz otransporte de muy alta calidad, especialmente para motores de gasolina y diesel.El aceite base no puede cumplir, por si slo, todas las funciones descriptas con anterioridad.Tampoco podra soportar las condiciones a veces crticas de funcionamiento de los equipos.Por esta razn, es necesario aditivar los aceites con ciertas sustancias que varan segn:

.CARACTERISTICAS DE LOS ACEITES:

Los lubricantes se desarrollan y elaboran para cumplir con ciertas especificaciones quedefinen las propiedades requeridas en cada aplicacin. Algunas de esas propiedades sonabsolutas, es decir que hacen a sus caractersticas fsico - qumicas, en cambio otras sonfuncionales y estn intrnsecamente ligadas a la aplicacin en cuestin. Por esta razn sehan desarrollado numerosos ensayos para evaluar las propiedades de los aceites y

obviamente existen diferencias en los mtodos empleados, an para el caso de que elobjetivo sea evaluar una misma propiedad. Los mtodos de ensayo correspondientes a laspropiedades ms importantes han sido estandarizados por distintos organismosinternacionales entre los que se pueden citar la ASTM en Estados Unidos y el IP en elReino Unido.

Viscosidad (ASTM D445-IP 71):

La viscosidad dinmica de un fluido es la relacin que existe entre la tensin de corte aplicada y elgradiente de velocidad, y es una indicacin de la resistencia a fluir a una temperatura determinada.En el sistema CGS la unidad es el Poise (P) y usualmente se emplea el centipoise (cP). La

viscosidad cinemtica es la relacin entre la viscosidad dinmica y la densidad de un fluido, y esuna indicacin de su resistencia a fluir por gravedad a una temperatura determinada. La viscosidadcinemtica es por lo tanto proporcional al tiempo que un cierto volumen de fluido tarda en escurrir atravs de un capilar calibrado, y todos los mtodos de medicin estn basados en este principio.En el sistema CGS la unidad es el Stoke (St) y usualmente se emplea el centistoke (cSt). Lavariacin de la viscosidad cinemtica de un aceite, con la temperatura es de tipo logartmica, demodo que en una grfica adecuada se puede representar mediante una recta.


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ndice de viscosidad (ASTM D22270 - IP 73):

El ndice de viscosidad permite expresar la caracterstica de variacin de la viscosidad con latemperatura mediante un nico nmero adimensional. Cuanto mayor es el ndice menor es lavariacin de la viscosidad con la temperatura y viceversa. El ndice se determina midiendo laviscosidad del aceite a 40 C y 100 C y comparndolas con aceites de referencia a los cuales se

les asign arbitrariamente los ndices 0 y 100 respectivamente.

Punto de inflamacin (ASTM D 92/93 - IP 34/36):

Es la temperatura a la cual se desprenden suficiente cantidad de vapores como para producir unamezcla combustible con aire bajo condiciones estandarizadas. En el mtodo COC (Cleveland) lamuestra es calentada en una copa abierta y a intervalos especificados de temperatura se aproximauna llama de prueba. En el mtodo PMC (Pensky Martens) la muestra es calentada en una copacerrada.

Punto de escurrimiento (ASTM D 97 - IP 15):

Es la mnima temperatura a la cual el aceite fluye por gravedad al ser enfriado a una ciertavelocidad y examinado a intervalos especificados.


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Numero de neutralizacin (ASTM D 664 - IP 177):

Es una medida de la cantidad de sustancias cidas o bsicas presentes en la muestra. La acidez oalcalinidad se expresa como valor de neutralizacin es decir los mg de hidrxido de potasio ( KOH )

necesarios para neutralizar los cidos en un g de aceite lo cual se denomina alcalinidad o NmeroAcido Total (T.A.N) o bien la cantidad de cido requerida para neutralizar los componentesbsicos, pero expresada tambin en su equivalente a mg de KOH que recibe el nombre dealcalinidad o Numero Base Total ( T.B.N).

Demulsibilidad (ASTM D 1401 - IP 19):

Es una indicacin de la capacidad de un aceite para separarse del agua y no formar emulsiones.Consiste en mezclar cantidades iguales de agua y aceite a una cierta temperatura, agitar y luegodejar reposar. Se mide el tiempo necesario para que la emulsin desaparezca y se separe el aguadel aceite.

Espuma (ASTM D 892):

Es una forma de evaluar la tendencia de un aceite a formar espuma. Consiste en insuflar aire enuna muestra durante 5 minutos e inmediatamente medir el volumen de espuma formado. Luego sedeja reposar y se mide nuevamente la espuma al cabo de 10 minutos.

Punto de inflamacin (ASTM D 92/93 - IP 34/36):

Es la temperatura a la cual se desprenden suficiente cantidad de vapores como para producir unamezcla combustible con aire bajo condiciones estandarizadas. En el mtodo COC (Cleveland) lamuestra es calentada en una copa abierta y a intervalos especificados de temperatura se aproximauna llama de prueba. En el mtodo PMC (Pensky Martens) la muestra es calentada en una copacerrada.

Punto de escurrimiento (ASTM D 97 - IP 15):

Es la mnima temperatura a la cual el aceite fluye por gravedad al ser enfriado a una ciertavelocidad y examinado a intervalos especificados.

Numero de neutralizacin (ASTM D 664 - IP 177):

Es una medida de la cantidad de sustancias cidas o bsicas presentes en la muestra. La acidez oalcalinidad se expresa como valor de neutralizacin es decir los mg de hidrxido de potasio ( KOH )necesarios para neutralizar los cidos en un g de aceite lo cual se denomina alcalinidad o Nmero

Acido Total (T.A.N) o bien la cantidad de cido requerida para neutralizar los componentesbsicos, pero expresada tambin en su equivalente a mg de KOH que recibe el nombre dealcalinidad o Numero Base Total ( T.B.N).


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GRADOS DE ACEITES LUBRICANTES:

Dada la gran diversidad de tipos y diseos de maquinaria empleada en los campos industriales y

automotriz, y a la importancia que tiene el lubricante en la eficiencia de su operacin ymantenimiento, se han desarrollado diferentes tipos de lubricantes.

Algunos de ellos tiene mltiples funciones y otros en cambio se destinan a aplicacionesespecificas. La viscosidad es en general una de las caractersticas ms importantes de los aceites.Por esta razn es habitual que aparezca indicada mediante un nmero, acompaado el nombre delproducto. Los grados de viscosidad se designan del siguiente modo:

_aceites automotrices mediante la clasificacin SAE

_aceites industriales mediante la clasificacin ISO

_los grados que no coisiden con estas clasificaciones mediante letras.

CLASIFICACIN SAE:

Este es un sistema de clasificacin basado pura y exclusivamente en la viscosidad delproducto terminado, excluyendo de dicha clasificacin otras consideradas de calidad operformance en su comportamiento.

Esta clasificacin fue desarrollada por la Society of Automotive Engimeers y estableceuna serie de nmeros como por ej. SAE 20, 30 5W40; 15W40, que relacionan las viscosidadesmximas permitidas que garantizan una buena distribucin de caudal o irrigacin al motorconjuntamente con un buen comportamiento de la bomba de aceite en el momento delarranque; como as tambin la formacin de una pelcula mnima del lubricante en las zonas dealtas temperaturas para evitar de este manera un desgaste prematura y excesiva en lasdistintas partes del motor.

TENDENCIAS:

No tenemos que dejar de recalcar y es importante hacerlo que el nuevo impulso en los

cambios que se producirn en la elaboracin y formulacin de lubricantes ser:La calidad del aire; este concepto trae aparejado un mayor control de emisiones. Para lograreste objetivo la industria automotriz tiene como objetivo los cambios en el diseo de susmotores; as se estn produciendo motores de mayor hermeticidad del sistema, eliminando odisminuyendo los huelgos (luces) en zonas estancas, elevando las temperaturas de operaciny recirculando gases de escape.Esta alternativa traer en la evaluacin final menor tolerancia principalmente en los depsitospara el motor y mayores cargas trmicas para el aceite, por lo tanto en lubricante tendr quetener mayor resistencia al la oxidacin, mayor poder dispersante, un superior control deholln en suspensin y menor prdida de volatilidad.


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ACEITES MULTIGRADO / MONOGRADO:

Como hemos visto, los aceites tienen la caracterstica de modificar su viscosidad con latemperatura, siendo el ndice de viscosidad el parmetro que mide la resistencia del fluido amodificarla.Un aceite monogrado presenta un comportamiento correcto en unas concretas ylimitadas condiciones de temperatura ambiente, dependiendo de su grado SAE. As los aceitesacompaados de la sigla W aseguran un comportamiento determinado en fro lo cual los haceaptos para funcionar en invierno, los que no presentan la sigla W no garantizan un buencomportamiento en fro, por lo que solo son recomendables para verano.Un aceite multigrado parte de un aceite tipo W al cual se le aaden mejoradores delndice de viscosidad. De esta forma se asegura el comportamiento en fro del aceite, pero alaumentar la temperatura la estabilizacin de la viscosidad debida a la aditivacin permitir al10

aceite comportarse como un fluido de verano, garantizando la correcta lubricacin. As, unaceite multigrado de grado SAE 15W40, se comportar en fro como un SAE 15 W con la

consiguiente facilidad para ser bombeado y garantizar una correcta lubricacin desde elarranque, pero al aumentar la temperatura del aceite este actuar como un SAE 40garantizando una viscosidad adecuada a alta temperatura y una pelcula lubricante estable.Puede parecer que la diferencia entre un monogrado y un multigrado se limita solo a sucomportamiento frente a los cambios de temperatura ambiente, pero no es solo as, sino queadems un lubricante multigrado es tambin ms estable frente a los grandes cambios detemperatura a los que se ve sometido un motor (90 C en el crter frente a 300 C en las partesms calientes) evitando su descomposicin por el choque trmico, siendo ms establetrmicamente. Por este motivo los aceite multigrado tienen mayor duracin de uso que losmonogrados, adems de alargar la vida de los equipos.El grado de viscosidad SAE no constituye una medida de la calidad del aceite sino dala idea de una aplicacin correcta del lubricante.

Clasificacin SAE de aceites para motor (SAE J300):

Los aceites de motor se clasifican por su viscosidad en grados de verano y grados de invierno. Losgrados de invierno se identifican mediante un nmero acompaado de la letra W. los grados deverano mediante un nmero. En ambos casos a medida que aumenta el nmero aumenta laviscosidad del aceite.


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_metodo ASTM D2602 (simulador cold cranking)

_mtodo ASTM D4684 (Viscosmetro minirotativo)

_mtodo ASTM D445 (viscosmetro capilar)

_mtodo ASTM D4624, ASTM D4683, ASTM D4741, CEC-L-36-A-90 (Viscosmetro ravenfeld oTBS)

_solo requerido para los correspondientes multigrados (ejemplo: 5W-40, 10W-40, etc.)

Clasificacin SAE de aceites para transmisin ( SAE J306):

Los aceites de transmisin se clasifican por su viscosidad en grados de verano y grados deinvierno. Los grados de invierno se identifican mediante un nmero acompaado de la letra W . losgrados de verano mediante un nmero. En ambos casos a medida que aumenta el nmero

aumenta la viscosidad del aceite.


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_ Mtodo ASTM D2893 (viscosmetro brookfield)

_mtodo ASTM D445 (viscosmetro capilar)

Clasificacin ISO de viscosidad de aceites industriales

Los lubricantes industriales se clasifican por su viscosidad en 18 grados de acuerdo a un sistemaespecificado por la ISO (organizacin internacional de estandarizacin). Cada grado, cubre unrango de viscosidades cinemticas medidas en CST a 40C. el punto medio de viscosidad decada grado es aproximadamente 50% superior al del grado precedente.


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Comparacin entre clasificaciones:

Las clasificaciones ISO y SAE estn basadas en la medicin de viscosidades a distintastemperaturas de referencia, (40C y 100C respectivamente). Entonces para poder

establecer una correlacin, es necesario presuponer un cierto ndice de viscosidad. As porejemplo el siguiente cuadro comparativo est basado en un IV= 95. La clasificacin AGMAcorresponde a la desarrollada por la Asociacin Americana de Fabricantes de Engranajes

A la hora de elegir un lubricante hay que considerar una serie de factores, sin embargo losms importantes son: la aplicacin especfica (el tipo de mquina), las condiciones deoperacin y el costo. Por lo general los fabricantes de los equipos especifican lascaractersticas y/o propiedades del lubricante a emplear, de modo que la seleccin deberabasarse preferentemente en dichas recomendaciones. De no contar con esta informacin obien en caso de desarrollo de productos alternativos puede emplearse la siguiente gua:

Cul es la viscosidad adecuada ?

En lo que respecta a la lubricacin en s, la viscosidad es la propiedad ms importante ysegn el caso, esta se podr calcular o bien determinar en base a la experiencia. En generalhay muchos parmetros de diseo que pueden influir en la decisin final, pero puededecirse que el objetivo ser siempre la seleccin de un lubricante de la menor viscosidadposible que permita sustentar las cargas y minimizar las prdidas de energa.Hay que destacar que lo que importa determinar en esta etapa es la viscosidad a latemperatura de operacin. As por ejemplo, si para lubricar un cojinete es necesario unaviscosidad de 10 cSt, la seleccin ser totalmente distinta si la temperatura de operacin es100C (o sea el aceite debe tener 10 cSt a 100C ), que si la temperatura de operacin es -30C ( o sea el aceite debe tener 10 cSt a -30C ).


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Cul es el ndice de viscosidad requerido?

Si bien la viscosidad a la temperatura de operacin es importante, el lubricante deber

cumplir su funcin en un cierto rango de temperaturas. Esto implica que no podr tener unaviscosidad muy elevada para las temperaturas mnimas (por ej. arranque en fro ) ni unaviscosidad muy baja para las temperaturas mximas.

Cul es el grado SAE o ISO requerido ?

Elegida la viscosidad ms adecuada y el ndice de viscosidad hay que determinar el gradocorrespondiente. Esto implica convertir la viscosidad a la temperatura de operacin,en laviscosidad a la temperatura de referencia( 40C para los grados industriales y 100Cpara los automotrices), utilizando ya sea tablas o grficos que indican la variacin de laviscosidad de los aceites con la temperatura.

Qu otras propiedades son necesarias ?

Dependiendo del tipo de mquina y de las condiciones de operacin, el aceite puede teneruna serie de requerimientos adicionales. En la mayora de los casos esto implica el empleode aditivos ya sea para reforzar las propiedades naturales de las bases o para impartirlespropiedades nuevas o bien para combatir el deterioro prematuro que sufrira el aceite con eluso.

Cules son los costos?

El precio de un lubricante es un factor importante, pero no es determinante en s mismo. Porlo general tiene slo una incidencia mnima en los costos generales de operacin y demantenimiento de una mquina. As por ejemplo la lubricacin con un aceite de bajo costo que secambia con una alta frecuencia, puede fcilmente ser ms cara que con un aceite de mayor precioy de mayor durabilidad. Peor an, podra ocasionar una falla mecnica o una parada del equipomuchsimo ms costosa que la diferencia de precios en cuestin. temperatura y viceversa. Elndice se determina midiendo la viscosidad del aceite a 40 C y 100 C y comparndolas conaceites de referencia a los cuales se les asign arbitrariamente los ndices 0 y 100respectivamente.


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Conclusin

Lubricantes son sustancias slidas, semislidas o lquidas de origen animal, vegetal,

mineral o sinttico, que pueden utilizarse para reducir el rozamiento entre piezas y mecanismos enmovimiento. No obstante colocada entre dos piezas mviles, no se degrada y forma as mismo unapelcula que impide su contacto, permitiendo su movimiento incluso a elevadas temperaturas ypresiones.

Cada lubricante es clasificado mediante normas, en este caso ISO Y SAE son los msutilizados en la industria y mecnica.

_Norma SAE se especifica nicamente en la viscosidad del producto terminado, dirigido a motoresnormalmente.

_norma ISO se basa por la viscosidad en 18 grados, dirigido a industrias especficamente.

En la actualidad los lubricantes se aplican muchas veces mecnicamente para un mejorcontrol, por lo general mediante vlvulas, anillos o cadenas giratorias, dispositivos de inmersin osalpicado o depsitos centrales y bombas. La grasa y otros lubricantes similares se aplicanmediante prensado, presin o bombeo. Para un lubricado eficaz hay que elegir el mtodo deaplicacin ms adecuado adems de seleccionar un lubricante. Para cada elemento o componenteexiste un lubricante especfico, por lo cual hay que estudiar los factores internos y externos.

Finalizado este trabajo se puede asegurar que:

a) La vida til de un equipo depende de una adecuada lubricacin.

b) Para cada equipo existe un lubricante especfico.

c) Un buen lubricante depende del control de calidad que se le realice.

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