Lubricación. Conceptos sobre presión y caudal de aceite en un motor.

Conceptos sobre presión y caudal de aceite en un motor

Transcripción de un artículo publicado en http://maquinasdebarcos.blogspot.com el domingo, 30 de septiembre de 2007 por Norberto Sánchez-Técnico Constructor Naval-Jefe de Máquinas-

Este es uno de los temas inevitables al hablar de lubricación en mantenimiento de maquinaria.
Es indudable que muchas de las personas que trabajan con distintos tipos de motores todavía asocian el concepto de buena lubricación con una alta presión de aceite reflejada en el manómetro de la unidad.

¿Es realmente perjudicial una baja presión para un motor Diesel?
¿Por qué no se preocupan por un exceso de presión?

Podemos imaginarnos un escenario con algunos interrogantes frecuentes cuando se produce una baja presión de aceite:

En un motor se usaba un aceite SAE 40 y se cambia por un SAE 15W-40
Por supuesto que ante este cambio la persona encargada de controlarlo se vuelve más celosa y "detallista" durante la operación de la maquina.
Nota una disminución de la presión de aceite, y esto le infunde el temor de que haya desgaste del motor y una falla mecánica prematura.

Él piensa: ¿será el aceite nuevo?
Vuelve a usar el SAE 40.
La presión aumenta.
Ahora se siente seguro con la alta presión medida, y sigue usando el aceite menos adecuado técnicamente.

¿Cómo le explicamos que esta observación es incorrecta?
En los pasos siguientes tratare de demostrar que:

1) Una menor presión de aceite no es necesariamente un mal síntoma; y de hecho es muy beneficiosa para cualquier motor Diesel que opere bajo condiciones normales.

2) La alta presión de aceite no es necesariamente un buen síntoma: es preocupante pues indica bloqueo de los conductos de lubricación o bien el uso de un lubricante muy viscoso, que fluye con dificultad, y no llega en las cantidades adecuadas a los puntos críticos del motor, sobre todo tras el arranque en frio.

Un esquema simplificado de lubricación de un motor
El aceite es "chupado" por la bomba a través de un filtro de malla de alambre y por el tubo de succión. Luego, la bomba fuerza al lubricante a través del enfriador de aceite y del filtro, para posteriormente distribuirlo a todo el motor por las galerías y conductos de alimentación. Así todas las partes móviles están continuamente lubricadas.
Generalmente se coloca el manómetro que mide la presión del sistema a la salida del filtro de aceite. Desde ese punto recibe la información el operador de la máquina.

REFERENCIAS:
0) Filtro de Malla (Chupador)
1) Cárter
2) Bomba de Aceite
3) Válvula de Alivio de la presión de aceite (by-pass)
4) Enfriador de Aceite
5) Válvula de alivio del filtro
6) Filtro de Aceite
7) Manómetro de presión de aceite
8) Cigüeñal
9) Galería Principal de Aceite
10) Pistones
11) Árbol de Levas
12) Toberas de lubricación de levas taqués
13) Turbo Compresor
14) Eje de balancín (Flauta)
15) Conductos de Aceite (para14)
16) Compresor de Aire
17) Conducto de Aceite (Para 11)
18) Bomba de inyección

👉Como se Origina la Presión del Aceite.

La presión es causada por la resistencia del aceite a fluir (viscosidad) bajo el efecto de empuje de la bomba. Por consiguiente, cuando se tienen venas de lubricación amplias y una aceite de baja viscosidad, el flujo es más rápido y la presión es menor, lo que es una condición deseable para minimizar el desgaste. Por otro lado, bajo las mismas condiciones de bombeo, con venas de lubricación estrechas (por diseño o por que estén bloqueadas), y un aceite de alta viscosidad, el flujo de aceite será más lento y la presión más alta, lo que resulta en una lubricación menos eficiente.
Por lo anterior, un buen aceite es aquel que tiene la viscosidad adecuada para proporcionar una adecuada lubricación hidrodinámica entre las superficies que se encuentran en movimiento proveyendo alimentación continua de un lubricante
a todas las partes del motor.
En un caso extremo, un aceite muy viscoso nunca lubricaría adecuadamente las partes críticas del motor, y como consecuencia un desgaste excesivo, perdida de potencia y mayores costos de mantenimiento.

El diseño de bomba más comúnmente usado es el de engranajes, que "transporta" la misma cantidad de aceite por cada vuelta que gira (por ello se la clasifica en la jerga técnica como de "desplazamiento positivo")

Veamos un esquema:

Es innegable la similitud del circuito de lubricación con el sistema circulatorio sanguíneo de nuestro mismo cuerpo (la bomba "es" el corazón, el filtro los riñones, etc.)
La pregunta que cabe hacerse entonces es: si para el cuerpo humano una alta presión representa un riesgo coronario, probabilidad de fallo cerebral, malestar general... ¿por qué deseamos para nuestro motor una alta presión?

Ahora es tiempo de plantear que el criterio fundamental para una buena lubricación en cualquier motor es Caudal de Aceite y NO Presión de Aceite.

👉Interpretación de la presión de aceite
Arranque en Frío
Cuando un motor arranca, todo el aceite se encuentra en el cárter y la presión es cero. La bomba no puede empezar a suministrar aceite o generar presión hasta que chupe el aceite frío del cárter a través del tubo de succión: la lubricación en frío es favorecida si se tiene un tubo de succión corto y amplio; y un aceite con buenas propiedades de flujo en frío tal como un aceite multigrado.
Cuando el aceite llega a la bomba, es forzado a pasar a través del filtro y luego por todo el motor. Sin embargo debido a que el aceite está todavía frío y las galerías de lubricación son estrechas, la circulación se hace lenta y por lo tanto la bomba desarrolla una alta presión. El manómetro registra un dramático incremento de la misma, se abre la válvula de alivio (by-pass) de la bomba, con lo que se reduce el caudal efectivo para el circuito de aceite.
Ni bien el aceite circulante se calienta, fluye más rápidamente y la presión baja a un nivel estable. Recién en este punto el motor está correctamente lubricado. Hasta este momento, el desgaste es elevado, debido al poco caudal de aceite que llega a las partes del motor más solicitadas. Bajo condiciones de arranque en frío, un buen aceite es aquél con el que se obtiene presión estable lo más rápido posible; y el aceite multigrado precisamente nace para este fin. Los aceites semisintéticos SAE 10W-40 y sintéticos SAE 5W-40 mejoran aún más este funcionamiento, con lo cual protegen a los motores más allá de las expectativas de los fabricantes.
Debe tenerse en cuenta que arranque en frío no significa sólo temperaturas bajo cero, el arranque a 20ºC también implica un desgaste acelerado (a esa temperatura un SAE 40 tiene unos 600 cSt de viscosidad, mientras que un multigrado SAE 15W-40 solo tiene 300 cSt, con lo que su velocidad de circulación es del orden del doble que la del monogrado).

Veamos el proceso Gráficamente:

Nota: Este estudio se realizó en un motor Diesel ligero, con una temperatura de aceite de 60 ºC
Se representa en ordenadas la presión manométrica de distintos aceites, y en abscisas el caudal de aceite enviado por la bomba, en este caso en mililitros por minuto.
A medida que elevamos las vueltas del motor desde ralentí hasta 4000 rpm, se ve que la presión va en aumento para todos los aceites o sea el usuario ve un aumento en el indicador de la presión. Pero es totalmente distinto el comportamiento de un aceite SAE 40 vs. un aceite SAE 15W40. De hecho el usuario notará (según el estado del motor) que al pasar a usar un aceite SAE 15W-40, una merma de presión: en el gráfico se ve que a 4000 rpm hay una presión menor en unos 0,5 Kgr/cm2.

⚡Pero recordemos el concepto fundamental:
Lo importante es el caudal de aceite y no la presión!

En el gráfico se refleja que a 4000 rpm el SAE 15W-40 tiene a su favor un aumento de 23 % en el caudal!!! O sea hay más aceite circulando por el motor ; y esto implica mayor protección frente al desgaste y un mejor enfriamiento de todas las partes del motor, en especial el interior de los pistones.
También queremos hablar aquí de los multigrados menos adecuados como los SAE 20W50, los cuales, como se ve en gráfico, se comportan en forma similar a un aceite monogrado SAE 40: por ello en climas templados el SAE 15W-40 es el mineral recomendado por todos los fabricantes de motores.

Bajo condiciones normales de operación, la presión de aceite debe ser estable y cualquier gran incremento o disminución de presión debe ser investigado por posibles fallas mecánicas

💡Causas Probables de Baja Presión en el circuito de Aceite

• Bajo nivel de Aceite.
• El aceite no llega hasta la bomba en el momento del arranque, en tiempo muy frío.
• Bomba lenta para suministrar suficiente aceite.
• Bomba desgastada.
• Válvula de "by pass" trabada en posición "Abierta".
• Resorte de la Válvula de "by-pass" flojo o roto.
• Cojinetes desgastados. El aceite fluye a través de huelgos más amplios.
• Contaminación con combustible.
• Reducción de la viscosidad del aceite.
• Elevación del nivel de aceite en el cárter.
• Cárter sobrecalentado. (baja la viscosidad del aceite).

💡Causas Probables de Alta Presión en el circuito de Aceite

• Arranque en frío por debajo de la temperatura recomendada para ese grado SAE. La presión permanece muy alta luego del arranque en frío por bastante
• tiempo.
• Válvula de "by-pass" de la bomba trabada en posición cerrada (por depósitos, etc), o mal ajustada en una reparación.
• Aceite muy viscoso debido al hollín (efecto más crítico en los motores modernos con inyección retardada / control electrónico).
• Aceite muy viscoso debido a oxidación/degradación por recalentamiento.
• Selección de un aceite con viscosidad demasiado alta.
• Filtro de aceite tapado. La válvula de “by-pass” permite el paso de aceite sin filtrar
• Depósitos en los conductos de lubricación que reducen el pasaje efectivo (Esto se produce p.ej. después de cierto tiempo de uso con la válvula de "by-pass" del filtro abierta).
• Aceite demasiado frío durante todo el funcionamiento del motor.

👉RESUMEN

1) La persona encargada del manejo del motor siempre está alerta frente a la baja presión, pero de hecho cualquier desviación por muy baja o alta comparada con la normal debe ser investigada (los cuadros anteriores son una buena guía).

2) Alta presión significa que el trabajo de la bomba para enviar la misma cantidad de lubricante a las piezas críticas del motor es mayor. Indica además una pérdida de potencia mecánica, que debe minimizarse (se desperdicia energía "empujando" a un fluido con demasiada fricción interna).

3) Alta presión de aceite no indica buena lubricación, de hecho es lo contrario.

4) Baja presión de aceite, dentro de los límites establecidos por el fabricante, significa que el lubricante está circulando rápidamente por todo el motor: esta es una condición óptima para reducir el desgaste y prolongar así la vida del motor.

5) Debe recordarse que la presión indicada por el manómetro no tiene relación alguna con la presión máxima de la película lubricante entre partes críticas.
La presión del manómetro sólo representa el esfuerzo que está realizando la bomba para hacer circular al lubricante, es decir, alimentar a cada parte del motor. Luego cada sistema debe estar diseñado para formar su propia película lubricante (que depende de cada temperatura local, velocidades relativas, juegos entre piezas, etc.).

domingo, 30 de septiembre de 2007
Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

FUENTE:

http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2007/09/blog-post.html

MTD Unidad Nº 9 Cojinetes y lubricación hidrodinámica

RECORDEMOS:
•El micrón o micra es una unidad de longitud equivalente a una millonésima parte de un metro. Su símbolo científico es µm. Su nombre proviene del griego μικρός (micrós), neutro de μικρόν (micrón): pequeño.
•En fabricación mecánica el «micrón» es la unidad de longitud más pequeña, en la cual se expresan las tolerancias de cotas de las piezas que se someten a rectificación.
•Equivalencias
•Un micrón o micra equivale a:
•Una milésima de milímetro: 1 µm = 0,001 mm = 1 × 10-3 mm
•Una millonésima de metro: 1 µm = 0,000 001 m = 1 × 10-6 m
•Mil nanómetros: 1 µm = 1000 nm 1 mm = 1000 µm 1 m = 1 000 000 µm 1 nm = 0,001 µm _________________________________________________________________________________

Cojinetes
Definición: Es una parte integrante de la máquina que guía, soporta o limita movimientos rotativos y/o alternativos.

Clasificación: Se clasifican en dos clases: Cojinetes de superficie deslizante y Cojinetes de rodamiento, a su vez los cojinetes de superficie deslizante se dividen en: de movimientos rotativos y oscilantes.
Los cojinetes de superficie deslizante se clasifican por Tipos y Diseños.
Tipos:

• Radiales (ajuste radial)
• Tipos Axiales (ajuste axial)
• Angulares (ajuste radial y axial)

Diseño:

• Cojinetes cilíndricos (soporte)
• Cojinetes esféricos (auto alineables)
• Cojinetes zapatas pivotantes (empuje)

Tipos:

• Cojinetes radiales: Se colocan en muñones o ejes giratorios, mantienen la alineación y evitan el desplazamiento radial y están diseñados para recibir cargas aplicadas en forma perpendicular con respecto a la dirección del eje geométrico del muñón .
• Cojinetes de empuje o axiales: Se colocan en los ejes para impedir un desplazamiento longitudinal y están diseñados para recibir cargas en la misma dirección del eje geométrico del muñón.
• Cojinetes angulares: Están proyectados para soportar una combinación de esfuerzos radiales y de empuje, en este caso, la carga resultante actúa en la dirección de una componente angular y tiene por objeto evitar ambos movimientos, axial y radial.

Diseño:

• Cojinetes rígidos o cilíndricos: Se instalan en posiciones fijas de las máquinas, de modo de impedir los desplazamientos radiales y axiales.

• Cojinetes de auto alineación: Están construidos de modo tal que sus diversas partes se alinean automáticamente, por si mismas, después que han sido armados y cargados.

• Cojinetes con zapatas pivotantes: En segmentos, son cojinetes construidos con piezas divididas destinadas a evitar el movimiento axial de los ejes y muñones.

 Aro soporte de zapatas en un cojinete de empuje simple.

 Cojinete tipo "Kingsbury" donde se pueden observar una sección de empuje (parte media) y una sección de soporte (extremo bajo)

Cojinetes de soporte de zapatas pivotantes para altas velocidades de eje.

El metal Babbitt o metal de cojinete, es una de las distintas aleaciones utilizadas para la superficie de apoyo en un cojinete de fricción. El metal Babbitt se emplea habitualmente como una capa superficial fina en una estructura multi-metal. El metal Babbitt es blando y se daña fácilmente, lo que sugiere que podría no ser adecuado para un cojinete de superficie. Sin embargo, su estructura está hecha de pequeños cristales duros dispersados ​​en un metal más blando. Cuando el cojinete se desgasta, el metal más blando se erosiona creando rutas para el lubricante entre los puntos duros que proporcionan la superficie de apoyo real. Cuando el estaño se utiliza como el metal más suave, la fricción hace que este se funda y funcionar momentáneamente como un lubricante.
En la actualidad existen muchas aleaciones Babbitt. Algunas de las composiciones más comunes son:

90% estaño, 10% cobre

89% estaño, 7% antimonio, 4% cobre

80% plomo, 15% antimonio, 5% estaño

76% cobre, 24% plomo

67% cobre, 28% estaño, 5% plomo

Los motores de combustión interna utilizan el metal Babbitt principalmente a base de estaño ya que soportan óptimamente las cargas cíclicas.

COJINETES DE RODAMIENTO o RULEMANES

Los cojinetes de rodamiento se utilizan generalmente en máquinas auxiliares, algunos motores rápidos y en turbinas a gas. Estos cojinetes soportan el eje por medio de rodillos o bolillas, reemplazando la resistencia de fricción por deslizamiento por la de rodadura entre las superficies de trabajo.

Los cojinetes de rodamiento constan de cuatro partes:

1. Anillo o cubeta interna ajustada al eje.(pista interna)
2. Anillo o cubeta externa ajustada al soporte.(pista externa)
3. Las bolillas o rodillos que transmiten el esfuerzo.
4. Dispositivo que asegura e impide que las bolillas o rodillos se salgan de su lugar, llamados "jaulas".

Ventajas de estos cojinetes.

• Pérdida por fricción pequeña (0,1 de los cojinetes comunes).
• Mucha duración.
• Requieren poco mantenimiento. Lubricación simple y de poco consumo.
• Mantienen buena alineación por largos períodos de tiempo.
• Soportan sobrecargas momentáneas sin averías ni agarre.
• Ocupan poco espacio.
• Son aptos para bajas velocidades, coeficiente de fricción bajo, la perdida de energía por rozamiento es mínima desde el inicio del movimiento.
• Ofrecen una resistencia muy pequeña en el arranque.

Desventajas de estos cojinetes:

• Su construcción y montaje deben ser de máxima exactitud.
• Ocupan mayor espacio en sentido diametral.
• Son de mayor costo.
• Sin película de aceite, que en cojinetes ordinarios amortigua choques y vibraciones.
• Requieren buena estanqueidad a las impurezas y al agua.

Clasificación: 
Se dividen en dos clases principales.

• Cojinetes de bolillas.
• Cojinetes de rodillos (cilíndricos, cónicos, esféricos, cóncavos, agujas, etc). Según su función: axiales, radiales y angulares.

Cojinete autoalineable.

Crapodinas

 

BUJES 

Un buje es un cojinete de una sola pieza y que, por lo general, trabajan con poca o ninguna lubricación, y que su utilización es en mecanismos de funcionamiento intermitente y de poca carga.

 

Algunos bujes contienen además insertos de goma ya que cumplen, además de la función de contener y guiar un eje, la de brindar amortiguación de vibraciones o de impactos.

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Lubricantes y lubricación
En los distintos órganos en movimiento de las maquinas, existen rozamientos en las superficies de contacto que disminuyen su rendimiento. Este fenómeno se debe a diversos factores, el más característico de los cuales es el coeficiente de rozamiento, cuya causa principal reside en las irregularidades de las superficies de las piezas en contacto.

 Filo de una hoja de afeitar aumentada 10.000 veces.

 Superficie de una moneda de cobre aumentada 5.000 veces.

Superficie de una bola de rulemán.

Se llama lubricante la sustancia capaz de disminuir el rozamiento entre dos superficies en movimiento. Sus fines son, principalmente, dos

1) Disminuir el coeficiente de rozamiento.
2) Actuar como medio dispersor del calor producido.

Además, con él se consiguen los siguientes objetivos secundarios:

a) Reducir desgastes por frotamiento.
b) Disminuir o evitar la corrosión.
c) Aumentar la estanqueidad en ciertos órganos (cilindros, aros de pistón, juntas, etc.).
d) Eliminar o trasladar sedimentos y partículas perjudiciales.


Métodos para lubricar cojinetes:

a) Lubricación intermitente, se puede efectuar con grasa o Aceite, solo provee una película delgada de lubricante, y se ejecuta cada vez que es necesario o cuando lo indica el plan de mantenimiento del fabricante del mecanismo en cuestión.

Engrasador manual y sus partes

Graseras que se ubican en los puntos de engrase, conocidas también como ademites.

b) Lubricación continua limitada: por resorte (provisión continua), por mecha (capilaridad), por goteo (a través de un orificio en el cojinete). Se emplea solo para trabajo liviano. Es necesaria la supervisión permanente de  un operario de los niveles de lubricante en los dispositivos lubricadores o "graseras" en servicio, además del control del correcto funcionamiento de los mismos.

Ejemplos de lubricadores a resorte

 Ejemplo de lubricador contínuo presurizado a gas.

Lubricación por goteo.

c) Lubricación continua abundante.
Es la única que asegura una película gruesa de lubricación, se obtiene por los siguientes procedimientos:

1) Lubricación por anillos: (suministra amplia cantidad de aceite) un anillo "colgado" de eje y que acompaña el giro de éste, se encuentra parcialmente sumergido en el lubricante y levanta de esta manera el mismo humectando la zonas a lubricar.

2) Lubricación por cadena (es una variante de lubricación por anillo).

3) Lubricación por disco : un disco rotativo fijo al eje y sumergido parcialmente en el lubricante, envía aceite por medio de la fuerza centrífuga de si giro, siendo guiado éste por medio de deflectores o no .

Caja de rodamientos con nivel de aceite por debajo de los rodamientos. Un disco deflector levanta o salpica el aceite en los cojinetes.

4)Lubricación por salpicado ( en mecanismos totalmente cerrados).Una pieza en rotación del mecanismo, será la encargada de "golpear" la superficie del lubricante, salpicando así y humectando las zonas a lubricar.

Ejemplo de lubricación por salpicado, efectuado por un cucharín en la cabeza de biela de un motor de combustión interna pequeño.

5) Lubricación por inmersión (el eje está sumergido parcialmente).

Ejemplo de lubricación por inundado. El mecanismo que efectúa el salpicado, inunda también el resto del interior de la máquina.

Lubricación por inmersión de un tren de engranajes.

6) Lubricación por gravedad: puede ser  de circuito abierto o cerrado y fluye por gravedad desde un  tanque elevado, hacia un tanque receptor, en caso del circuito cerrado, o puede quedar recluído en la caja del cojinete o mecanismo, sin retorno. En el caso del circuito cerrado, será necesaria una bomba elevadora para volver a reponer el lubricante desde el tanque receptor al tanque elevado. Este tanque elevado será el responsable de ejercer una presión hidrostática constante en el cojinete o en el mecanismo a lubricar.

7) Lubricación por presión o forzada :es un sistema de circuito cerrado alimentado por medio de una bomba de desplazamiento positivo. Normalmente se utilizan presiones que oscilan entre 0,3 y 4 Kg/cm².En este sistema se incluye un enfriador, que mantiene una temperatura óptima del lubricante y, como consecuencia, mantiene también la viscosidad. Este tipo de sistema de lubricación consta también, como mínimo, con un filtro de malla gruesa en el interior del tanque de servicio para la aspiración de la bomba, y otro de malla fina antes del ingreso del lubricante al mecanismo.

Ilustración de un sistema básico  de lubricación por presión o forzada.

Ranuras en los cojinetes.
a) El ingreso del aceite debe ser por las zonas de baja presión, se usan carteras que actúan como acumuladores de aceite que es arrastrado a la zona de mayor presión por el mismo eje, las carteras no deben llegar a los extremos del cojinete, si esto ocurriera se produciría fuga de lubricante sin haber trabajado.
b) En cojinetes relativamente largos con respecto a su diámetro se practican ranuras circunferenciales a efectos de lograr un mejor flujo de lubricante.
c) Puede utilizarse cojinetes con carteras y ranuras circunferenciales (combinados) siempre se debe tener presente los diseños, que su ubicación no interrumpa las zonas de presión creciente o máxima.
d) Al efectuar ranuras o carteras en un cojinete, sus bordes deben terminar en bordes redondeados para evitar que en dicho borde se produzca corte de película lubricante.
e) El tipo de ranura usada no debe ser modificada con respecto al diseño original.

Introducción a la Lubricación hidrodinámica. 

El propósito de la lubricación es la separación de dos superficies con deslizamiento relativo entre sí de tal manera que no se produzca daño en ellas: se intenta con ello que el proceso de deslizamiento sea con el rozamiento más pequeño posible. Para conseguir esto se intenta, siempre que sea posible, que haya una película de lubricante de espesor suficiente entre las dos superficies en contacto para evitar el desgaste.

Antecedentes de la lubricación hidrodinámica.
Los primeros trabajos sobre un eje con cojinetes trabajando en condiciones hidrodinámicas fueron realizados por Pauli (1849) y Hirn (1854). Estos trabajos fueron analizados por el científico ruso Petroff en 1883. Tower entre 1883 y 1885. Demostró que se generaban en este tipo de cojinetes unas presiones elevadas: este hecho fue explicado en 1886 por Reynolds que demostró que era necesaria una forma convergente en la película para que se generara un aumento de presión.

Lubricación hidrodinámica.
La lubricación hidrodinámica o lubricación de película gruesa, se obtiene cuando las dos superficies están completamente separadas por una película coherente del lubricante. La lubricación hidrodinámica evita el desgaste de las partes en movimiento, ya que no hay contacto metálico entre ellas.

Esto significa que el espesor mínimo de la película es algo superior a la suma promedio de las irregularidades de ambas superficies y que la resistencia al movimiento viene dada sólo por la fricción entre las capas del lubricante, siendo éste último el que soporta totalmente la carga. En este caso, las condiciones de la lubricación serán óptimas y el mecanismo podrá funcionar durante largo tiempo sin desgaste alguno, siempre y cuando se mantengan estas condiciones de operación.

Película Hidrodinámica: Se produce, debido al movimiento de las superficies lubricadas, al formarse una zona de convergencia o cuña de aceite, donde hay presión suficiente para mantener separadas las superficies.

Existen dos tipos de películas hidrodinámicas:
• Cuña de Aceite.
• Películas Elastohidrodinámicas.

Cuña de Aceite: Este tipo de película hidrodinámica, se produce en los cojinetes de deslizamiento y de empuje. La película en estos casos, puede llegar a tener un espesor de hasta 25 micras. La formación de una película hidrodinámica gruesa que separe las superficies y soporte una carga, puede ser descrita si observamos la siguiente figura.

 Las dos superficies están sumergidas en un fluido lubricante. A medida que la superficie se mueve, la fricción interna del fluido hace que sea arrastrado en la dirección del movimiento. La superficie estacionaria no es paralela a la móvil, sino inclinada, como se indica en la figura. De ese modo, el fluido es arrastrado y hecho pasar por el área A. Debido a que la zona de salida del fluido B, es más pequeña, el fluido tiende a ser comprimido, lo que ocasiona una subida en su presión.

Esto trae como resultado:

> Retardo en el flujo por el área A. 

> Aumento del flujo en el área de salida B

> Fugas laterales, ya que no todo el fluido puede salir por B. 

> Soporte de cargas, sin que haya contacto entre las superficies. 

En la figura se ha exagerado la inclinación de la superficie fija. En casos reales, la inclinación suele ser del orden de 50 micras cada 15 cm

   Factores que afectan el establecimiento de la Película Fluida o Hidrodinámica.
* Viscosidad.
* Velocidad.
* Carga.
* Acabado Superficial.
* Diámetro, longitud y tolerancias.
* Alimentación del lubricante.

Curva de Stribeck.

•La curva de Stribeck es un gráfico clásico basado en el estudio de la lubricación de un eje liso, en contacto con su cojinete lo cual provoca el desgaste.
•A muy bajas velocidades predomina la lubricación por capa límite. Toda la carga es soportada por las crestas de la superficie en el área de contacto. A velocidades altas se crea un efecto de cuña entre el fluido y el objeto. La presión hidrodinámica separa completamente el objeto de la superficie.

•El gráfico puede dividirse en tres zonas:

Zona I: lubricación hidrodinámica Las superficies del cojinete están perfectamente separadas con un película gruesa de fluido: no hay contacto directo entre las superficies que deslizan y por tanto prácticamente no hay desgaste.

Zona II: lubricación mixto.

Zona III: lubricación límite.

De la gráfica se puede deducir: Estando en la zona I, a medida que la viscosidad disminuye también decrece el espesor de la película hasta el punto C. Una mayor disminución de la viscosidad hace que pasemos al punto B en el que se produce contacto ocasional entre las dos superficies debido a que la película es de muy pequeño espesor: el rozamiento en B y C es prácticamente igual, aunque en B la viscosidad del fluido es menor la resistencia al desplazamiento se debe en este caso al contacto entre las asperidades.
El punto C es el punto ideal de funcionamiento delimita además la zona estable de la inestable puesto que proporciona un rozamiento mínimo con prácticamente desgaste nulo. En la práctica se prefiere trabajar ligeramente a la derecha de C para tener un margen de seguridad. Si en el punto B reducimos ligeramente la viscosidad rápidamente crece el coeficiente de rozamiento hasta el punto A. A partir de este punto la mayor parte de la carga es soportada por las asperidades y por tanto un reducción mayor de la viscosidad tiene muy poca influencia en el coeficiente de rozamiento.

Un cojinete liso radial es quizá el elemento más práctico para analizar la lubricación de película fluida. En este caso se presenta cuatro situaciones: Cuando el eje (o muñón) está en reposo y descansa sobre el cojinete (casquete), debido al peso que soporta, trata de desplazar la película lubricante y se presenta contacto, quedando solamente una delgada película lubricante entre los elementos.

Al iniciarse el movimiento, el muñón trata de rodar y de subir por el casquete en la dirección del movimiento. En el espacio entre el muñón y el casquete se va introduciendo cada vez más aceite, por la acción de bombeo del muñón, lo cual hace que éste se vaya separando del casquete.

A medida que se va alcanzando la velocidad normal de funcionamiento, el muñón empieza a resbalar sobre el aceite y comienza a "flotar". Cuando el muñón gira a la velocidad normal de funcionamiento, el eje de coordenadas de éste forma un ángulo específico con el casquete, posicionando el mínimo espesor de la película lubricante. La presión hidráulica del aceite aumenta considerablemente y soporta la carga.

Huelgos de los cojinetes:

Para que haya circulación de lubricante y formación de película entre muñón y cojinete se construirán de forma tal que el cojinete sea mayor que el muñón, este diseño permite que quede una luz llamada "huelgo de aceite", que debe ser el mínimo compatible con adecuada circulación de lubricante para que disipe el calor producido por fricción. El huelgo debe ser uniforme, si fuera mínimo al requerido por puntos existirían cargas que originarían calentamiento anormal y posibles averías, al armar un cojinete, las mitades deberán hacer contacto metal con metal debiendo quedar huelgo correcto, si se trata de cojinetes con medios casquillos postizos se verá que estos toquen antes que las tapas al apretar.

Factores que deben tenerse en cuenta al establecer los huelgos.
 
El valor del huelgo a dejar depende de:

a) Las medidas del cojinete.
b) La exactitud de la alineación del eje.
c) La velocidad de giro.
d) Si la dirección de carga se alterna (máquinas alternativas) o permanece constante (equipos rotativos).
e) Si se emplea lubricación por gravedad o forzada.
f) Temperatura de trabajo deseada.
g) La viscosidad del lubricante.

Lubricantes (clasificación comercial).

Debido al gran consumo de lubricantes originado por el automóvil, se ha desarrollado una gama completa de ellos que cubre todas las necesidades determinadas por las condiciones especiales a que son sometidos.

Aceites para motores
Son aceites con aditivos contra la corrosión y oxidación, por las altas temperaturas a que deben funcionar. Respecto de sus propiedades, estos aceites se dividen, según la SAE, en tres categorías principales:

Aceite Regular (normal o ML). Mineral, sin aditivos y para trabajos ligeros y moderados corrientes.

Aceite Premium (de primera o MM). Con aditivos antioxidantes y anticorrosivos y con un ligero poder detergente.

Aceite Heavy Duty (detergente, HD o servicio pesado MS). El cual además de antioxidante y anticorrosivo, es detergente. Se emplea para motores destinados a trabajos fuertes. A esta categoría pertenecen también los aceites especiales para motores Diésel, de gran poder detergente. (Servicio DG), para esfuerzos y temperaturas normales.

Suplemento 2 (Servicio DS), para esfuerzos muy duros y temperaturas muy elevadas. La viscosidad de los aceites para motores se indica mediante los numero SAE, siendo mas alta cuanto mas lo es el numero:

• SAE-5W, SAE-10W, SAE-20W (para frió riguroso)

• SAE-20W, SAE-30, SAE-40, SAE-50

Multigrado

Aceites para las cajas de cambio y el diferencial
Contienen aditivos (cloro, azufre, fósforo) para mantener la película de aceite mínima a las elevadas presiones de trabajo de los engranajes de cambio y del diferencial. La clasificación SAE de las viscosidades es la siguiente: SAE-75, SAE-80, SAE-40, SAE-140, SAE-240

No deben emplearse para motores, ya que los aditivos que contienen son adecuados única y exclusivamente para las aplicaciones específicas del aceite, y podrían originar graves averías.

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ENTRADAS RELACIONADAS:

• MTD UNIDAD 3: PARTES DE UN MOTOR.
• MTD- Estudio sobre cojinetes y válvulas automotrices.
• MTD Flexión de cigüeñal.
• TRIBOLOGIA
• Manual de lubricación Gulf
• APLICACIÓN DE LOS LUBRICANTES
• APLICACIÓN DE LAS GRASAS  
• GRASAS LUBRICANTES 
• LA VISCOSIDAD DE LOS LUBRICANTES  
• MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD EN ACEITES
• TIPOS DE LUBRICANTES   

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FUENTES:

M.J.D.

  ESTT  Apuntes Curso Aplicativo CCPP

Introducción a la lubricación (SA)

http://mcatronic.com/galeria

Lubricación (SA) http://www.aciconsultora.com.ar/sitio/boletin.php?bole=4

MAQ 305 MOTORES DIESEL CAPITULO 11 Cojinetes y su lubricación.

NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA