Fundamentos de las grasas

La Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM) define la grasa lubricante como: «Un producto sólido a semifluido de la dispersión de un agente espesante en un lubricante líquido. Pueden incluirse otros ingredientes que confieren propiedades especiales» (ASTM D 288, Standard Definitions of Terms Relating to Petroleum).

Anatomía de la grasa

Como indica esta definición, hay tres componentes que forman la grasa lubricante. Estos componentes son el aceite, el espesante y los aditivos. El aceite base y el paquete de aditivos son los componentes principales en las formulaciones de las grasas y, como tales, ejercen una influencia considerable en el comportamiento de la grasa. El espesante se suele denominar una esponja que contiene el lubricante (aceite base más aditivos).

Figura 1. Anatomía de la grasa

Aceite base

La mayoría de las grasas producidas hoy en día utilizan aceite mineral como sus componentes fluidos. Estas grasas a base de aceite mineral suelen ofrecer un rendimiento satisfactorio en la mayoría de las aplicaciones industriales. En temperaturas extremas (bajas o altas), una grasa que utilice un aceite base sintético proporcionará una mejor estabilidad.

Espesante

El espesante es un material que, en combinación con el lubricante seleccionado, producirá la estructura sólida a semifluida. El principal tipo de espesante utilizado en las grasas actuales es el jabón metálico. Estos jabones incluyen el litio, el aluminio, la arcilla, la poliurea, el sodio y el calcio. Últimamente, las grasas de tipo espesante complejo están ganando popularidad. Se están seleccionando por sus altos puntos de goteo y su excelente capacidad de carga.

Las grasas complejas se fabrican combinando el jabón metálico convencional con un agente complejante. La grasa compleja más utilizada es la de base de litio. Se fabrican con una combinación de jabón de litio convencional y un ácido orgánico de bajo peso molecular como agente complejante.

Los espesantes de jabón también están ganando popularidad en aplicaciones especiales como los entornos de alta temperatura. La bentonita y el aerogel de sílice son dos ejemplos de espesantes que no se funden a altas temperaturas. Sin embargo, existe la idea errónea de que, aunque el espesante pueda soportar las altas temperaturas, el aceite base se oxidará rápidamente a temperaturas elevadas, por lo que será necesario un intervalo de relubricación frecuente.

Aditivos

Los aditivos pueden desempeñar varias funciones en una grasa lubricante. Estos incluyen principalmente la mejora de las propiedades deseables existentes, la supresión de las propiedades indeseables existentes y la impartición de nuevas propiedades. Los aditivos más comunes son los inhibidores de la oxidación y la herrumbre, la presión extrema, el antidesgaste y los agentes reductores de la fricción.

Además de estos aditivos, pueden suspenderse en la grasa lubricantes de frontera, como el disulfuro de molibdeno (moly) o el grafito, para reducir la fricción y el desgaste sin que se produzcan reacciones químicas adversas en las superficies metálicas durante las cargas pesadas y las velocidades lentas.

Tabla 1. Consistencia NLGI

Función

La función de la grasa es permanecer en contacto con las superficies móviles y lubricarlas sin que se produzcan fugas por la fuerza de la gravedad, la acción centrífuga o la presión. Su principal requisito práctico es que conserve sus propiedades bajo fuerzas de cizallamiento a todas las temperaturas que experimenta durante su uso.

Aplicaciones adecuadas para la grasa

La grasa y el aceite no son intercambiables. La grasa se utiliza cuando no es práctico o conveniente utilizar aceite. La elección del lubricante para una aplicación específica se determina haciendo coincidir el diseño de la maquinaria y las condiciones de funcionamiento con las características deseadas del lubricante. La grasa se utiliza generalmente para:

1. Maquinaria que funciona de forma intermitente o que está almacenada durante un largo período de tiempo. Debido a que la grasa permanece en su lugar, se puede formar instantáneamente una película lubricante.

2. Maquinaria que no es fácilmente accesible para una lubricación frecuente. Las grasas de alta calidad pueden lubricar componentes aislados o relativamente inaccesibles durante largos períodos de tiempo sin necesidad de reponerlos con frecuencia. Estas grasas también se utilizan en aplicaciones selladas de por vida, como algunos motores eléctricos y cajas de engranajes.

3. Maquinaria que funciona en condiciones extremas, como temperaturas y presiones elevadas, cargas de choque o baja velocidad con mucha carga.

4. Componentes desgastados. La grasa mantiene películas más gruesas en las holguras ampliadas por el desgaste y puede prolongar la vida útil de las piezas desgastadas que antes estaban lubricadas con aceite.

Propiedades funcionales de la grasa

1. La grasa funciona como un sellador para minimizar las fugas y mantener alejados los contaminantes. Debido a su consistencia, la grasa actúa como sellador para evitar fugas de lubricante y también para impedir la entrada de contaminantes corrosivos y materiales extraños. También actúa para mantener la eficacia de las juntas deterioradas.

2. La grasa es más fácil de contener que el aceite. La lubricación con aceite puede requerir un costoso sistema de equipos de circulación y complejos dispositivos de retención. En comparación, la grasa, en virtud de su rigidez, se confina fácilmente con dispositivos de retención simplificados y menos costosos.

3. La grasa mantiene los lubricantes sólidos en suspensión. Los lubricantes sólidos finamente molidos, como el disulfuro de molibdeno (moly) y el grafito, se mezclan con la grasa en servicios de alta temperatura o en aplicaciones de extrema alta presión. La grasa mantiene los sólidos en suspensión, mientras que los sólidos se depositan fuera de los aceites.

4. No es necesario controlar y vigilar el nivel del fluido.

Características

Al igual que el aceite, la grasa presenta su propio conjunto de características que deben tenerse en cuenta a la hora de ser elegida para una aplicación. Las características que suelen aparecer en las hojas de datos de los productos son las siguientes:

Bombeabilidad

La bombeabilidad es la capacidad de una grasa para ser bombeada o empujada a través de un sistema. En términos más prácticos, la bombeabilidad es la facilidad con la que una grasa presurizada puede fluir a través de las líneas, boquillas y accesorios de los sistemas dispensadores de grasa.

Resistencia al agua

Es la capacidad de una grasa para soportar los efectos del agua sin que cambie su capacidad de lubricación. Una espuma de agua/jabón puede suspender el aceite de la grasa, formando una emulsión que puede lavarse o, en menor medida, reducir la lubricidad diluyendo y cambiando la consistencia y textura de la grasa.

Consistencia

La consistencia de la grasa depende del tipo y la cantidad de espesante utilizado y de la viscosidad de su aceite base. La consistencia de una grasa es su resistencia a la deformación por una fuerza aplicada. La medida de la consistencia se denomina penetración. La penetración depende de si la consistencia ha sido alterada por la manipulación o el trabajo. Los métodos ASTM D 217 y D 1403 miden la penetración de las grasas sin trabajar y trabajadas. Para medir la penetración, se deja que un cono de un peso determinado se hunda en una grasa durante cinco segundos a una temperatura estándar de 25°C (77°F).

La profundidad, en décimas de milímetro, a la que el cono se hunde en la grasa es la penetración. Una penetración de 100 representaría una grasa sólida mientras que una penetración de 450 sería semifluida. La NLGI ha establecido números de consistencia o números de grado, que van de 000 a 6, correspondientes a rangos específicos de números de penetración. La tabla 1 enumera las clasificaciones de grasas de la NLGI junto con una descripción de la consistencia de cómo se relaciona con los semifluidos comunes.

Punto de goteo

El punto de goteo es un indicador de la resistencia al calor de la grasa. A medida que aumenta la temperatura de la grasa, aumenta la penetración hasta que la grasa se licua y se pierde la consistencia deseada. El punto de goteo es la temperatura a la que una grasa se vuelve lo suficientemente fluida como para gotear. El punto de goteo indica el límite superior de temperatura a la que una grasa conserva su estructura, no la temperatura máxima a la que puede utilizarse una grasa.

Estabilidad a la oxidación

Es la capacidad de una grasa para resistir una unión química con el oxígeno. La reacción de la grasa con el oxígeno produce gomas insolubles, lodos y depósitos tipo laca que provocan un funcionamiento lento, un mayor desgaste y una reducción de las holguras. La exposición prolongada a altas temperaturas acelera la oxidación de las grasas.

Efectos de las altas temperaturas

Las altas temperaturas perjudican a las grasas más que a los aceites. La grasa, por su naturaleza, no puede disipar el calor por convección como un aceite en circulación. En consecuencia, sin la capacidad de transferir el calor, las temperaturas excesivas dan lugar a una oxidación acelerada o incluso a una carbonización en la que la grasa se endurece o forma una costra.

La lubricación eficaz de la grasa depende de su consistencia. Las altas temperaturas provocan el reblandecimiento y el sangrado, lo que hace que la grasa fluya fuera de las zonas necesarias. El aceite mineral de la grasa puede inflamarse, quemarse o evaporarse a temperaturas superiores a 177°C (350°F).

Efectos de las bajas temperaturas

Si la temperatura de una grasa se reduce lo suficiente, se volverá tan viscosa que puede clasificarse como grasa dura. La capacidad de bombeo se resiente y el funcionamiento de la maquinaria puede resultar imposible debido a las limitaciones de par y a los requisitos de potencia. Como orientación, el punto de fluidez del aceite base se considera el límite de baja temperatura de una grasa.