Fundamentos de las grasas

Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latin America

La Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM, por sus siglas en inglés) define a una grasa lubricante como: “Un producto sólido o semifluido producto de la dispersión de un agente espesante en un líquido lubricante. Se le pueden incluir otros ingredientes que le pueden impartir propiedades especiales” (ASTM D4175-09, terminología estándar relacionada con el petróleo, productos de petróleo y lubricantes).

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 (base lubricante 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.

Espesante

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. Estos han sido seleccionados 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 agente acomplejante.

Los espesantes no jabonosos están ganando también mucha popularidad en aplicaciones especiales con las encontradas en ambientes de alta temperatura. Las de bentonita y microgel 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 relubricación 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 el aceite base. 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 permanecer 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.

Función

La función de una grasa es permanecer en contacto con las superficies en movimiento y lubricarlas sin generar fugas bajo los efectos de la fuerza de la gravedad, por la fuerza centrífuga o ser desplazada bajo presión. Su principal requisito es que mantenga sus propiedades bajo el esfuerzo de corte a que está sometida en 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. Máquinas de difícil acceso para lubricación frecuente. Pueden utilizarse grasas de alto desempeño para lubricar componentes inaccesibles o aislados por periodos extensos de tiempo sin tener que relubricarlos frecuentemente. Estas grasas también son usadas en aplicaciones llamadas “lubricadas de por vida”, como en rodamientos de motores eléctricos o cajas de engranajes.
3. Máquinas operando en condiciones extremas. Maquinaria operando con alta temperatura y presión, cargas de choque o baja velocidad y alta carga.
4. Componentes desgastados. Las grasas mantienen una película gruesa en donde las tolerancias se han incrementado por el desgaste y pueden extender la vida de componentes que eran lubricados anteriormente con aceite.

Propiedades funcionales de las grasas

1. Las grasas funcionan como sello para minimizar fugas y mantener fuera los contaminantes. Debido a su consistencia, las grasas actúan como un sello para evitar la fuga del lubricante y el ingreso de contaminantes corrosivos y materiales extraños. Actúa también manteniendo un sello efectivo en 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 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 en suspensión los aditivos sólidos. Aditivos sólidos en forma de polvos muy finos, como el disulfuro de molibdeno (Moly) y el grafito, se mezclan con grasas que se utilizan en condiciones de alta temperatura o en aplicaciones de extrema presión. Las grasas mantienen los sólidos en suspensión mientras que en el aceite se asentarían.
4. El nivel del fluido no requiere ser controlado ni monitoreado.

Características

Al igual que los aceites, las grasas tienen características propias que deben ser consideradas cuando se seleccionan para una aplicación determinada. Estas características se encuentran en la hoja de datos técnicos 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. Es la habilidad de una grasa para soportar el efecto del agua sin cambios en su capacidad para lubricar. Una capa de jabón/agua puede suspender el aceite en la grasa, formando una emulsión que puede desplazar la grasa, o en menor grado, disminuir la lubricidad diluyendo y cambiando 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 base. 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 la manipulación o trabajo mecánico. Se utilizan los métodos de prueba ASTM D217 y D1403 para medir la penetración trabajada y no trabajada de las grasas. Para hacer esto, 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, a 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 Instituto nacional de Grasas Lubricantes (NLGI, por sus siglas en inglés) ha establecido números o grados de consistencia, que van desde 000 hasta 6, correspondiente a rangos específicos para cada número de penetración. La tabla 1 muestra la clasificación NLGI junto con una descripción de la consistencia relacionada con algunos productos semifluidos.

Tabla 1. Clasificaciones de consistencia NLGI

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 aumenta hasta que la grasa se licua y pierde su consistencia. El punto de goteo es la temperatura a la cual la grasa se vuelve lo suficientemente fluida que suelta el aceite e 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 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 convección como un aceite en circulación. Consecuentemente, al no tener la habilidad para disipar el calor, la temperatura excesiva da como resultado un aceleramiento de la oxidación, o aún peor, carbonización cuando la grasa se endurece o forma costras.

La lubricación efectiva con grasa depende mucho de la consistencia. Las altas temperaturas producen ablandamiento y sangrado (pérdida de aceite), haciendo que la grasa fugue de las áreas en donde se le necesita. El aceite mineral en la grasa se puede encender, quemar o evaporar a temperaturas por encima de los 177 °C.

Efectos de baja temperatura. Si la temperatura a la que se encuentra una grasa es muy baja, esta puede volverse tan viscosa que podría ser clasificada como una grasa dura. La bombeabilidad se altera y la operación de la máquina puede volverse imposible debido a las limitaciones de 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.

Referencias

1. Pirro, Wessol. Lubrication Fundamentals. New York: Marcel Dekker, 2001.
2. U.S. Army Corps of Engineers. Engineering and Design – Lubricants and Hydraulic Fluids. EM 1110-2-1424 CECW-ET, 1999.