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Lubricación de uniones roscadas - Monografía



 
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Ingeniería mecánica. Lubricantes biodegradables. Prevención de daños. Tornillos roscados. Aceites. Grasas



INTRODUCCIÓN



Cuando queremos preservar del desgaste las partes de una máquina que están en contacto durante el funcionamiento, debemos utilizar lubricante, separando dichas partes y así evitando el contacto metal-metal.

Este contacto de metal-metal se evita mediante una película de aceite o grasa.

Estos aceites y grasas incluyen toda una serie de aditivos para no ser afectados por las altas presiones, desgaste, corrosión y oxidación.

Los aditivos de acción química reaccionan en el caso de que se produzcan temperaturas suficientemente altas con el hierro del acero durante el contacto con rozamiento, formando películas que soportan grandes cargas y son muy resistentes al desgaste.

Cuando la temperatura no es suficientemente alta para que los aditivos formen una película sólida se añaden lubrificantes sólidos que se depositan gracias a la presión entre los cuerpos en contacto con rozamiento, formándose capas que aguantan grandes cargas y evitan el desgaste. Estas películas pueden obtenerse mediante la aplicación de un barniz lubrificante o una pasta.

1. Requisitos del lubricante:



Las prestaciones del lubricante deben de ser diferentes atendiendo a los factores:

- Elemento de la máquina.
- Carga.
- Temperatura.
- Velocidad.
- Dimensiones geométricas.
- Duración necesaria.
- Materiales.
- Combinaciones de materiales.
- Compatibilidad con el medio ambiente.

El requerimiento primario de los lubrificantes es la capacidad de transmitir fuerzas bajo la condición de un mínimo desgaste. A mayor desgaste, menor será la vida del elemento de la máquina.

Es necesaria una separación completa de las superficies de contacto, bien sea por la viscosidad de lubricante, o por la formación de capas como consecuencia de reacciones químicas o por lubricantes sólidos aplicados durante el funcionamiento.

Los requisitos secundarios incluyen todos los criterios para que la película transmisora de fuerzas permanezca funcional desde la puesta en servicio hasta que se alcance la vida funcional prevista.

2. Tipos de lubricantes:



Dentro de los lubricantes de aplicación industrial se diferencian fundamentalmente los siguientes tipos:

- Aceites.
- Grasas.
- Pastas.
- Pastas grasas.
- Lubricantes sólidos.

2.1. Aceites:



Los aceites lubricantes además de la transmisión de fuerzas tienen la ventaja añadida de evacuar la energía calorífica del lugar donde se produce el deslizamiento.

Existen lubricantes a base de aceites minerales y de aceites sintéticos, ambos con o sin aditivos.


2.2. Grasas:



La ventaja de las grasas es su permanencia en el lugar de lubricación. En los bordes de contacto actúan como aislantes frente a las impurezas del medio ambiente.

Estas se clasifican según el tipo de espesantes y aceites base que contengan.

Tienen la ventaja de que permanecen en el lugar de deslizamiento cuando se ven sometidas a grandes fuerzas centrífugas, como las que actúan en ruedas dentadas descubiertas o en cadenas y piñones.

2.3. Pastas:



Frecuentemente se producen daños en las superficies metálicas durante el montaje y el rodaje de la máquina en la zona de rozamiento límite.

Mediante películas finas de pasta lubricante se pueden evitar los daños superficiales producidos por las altas presiones superficiales a bajas velocidades, gracias a que estas contienen lubricantes sólidos.


2.4. Pastas grasas:



Estas combinan las ventajas de las pastas y las grasas. Tienen propiedades antidesgaste, estabilidad a altas presiones y gran resistencia al lavado y al secado.


2.5. Lubricantes sólidos:



Estos pueden ser aplicados en forma de barniz, pasta o polvo seco. También pueden ser aditivos en aceites y grasas. El polvo seco no es muy utilizado por su permanencia incontrolada en el contacto con deslizamiento.

Uno de los más utilizados en uniones roscadas es el barniz, que contiene un 70% de lubricantes sólidos y se fijan a las superficies mediante resinas resistentes a la abrasión. Durante el secado los sólidos quedan por encima de las películas húmedas por flotación. Después por el efecto de las cargas la estructura de la capa se hace más espesa formándose una película superficial lisa que recubre los perfiles rugosos del material, como se muestra en la siguiente figura:

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3. Lubricantes biodegradables:



El medio ambiente se ha convertido en una de las prioridades de la sociedad moderna. La Unión Europea ha establecido la línea a seguir a los países miembros en esta materia y las distintas Administraciones han elaborado un marco legal cada vez más estricto y complejo. En el caso que nos ocupa “Lubricantes”, si tenemos en cuenta que un litro de Lubricante vertido al medio ambiente puede contaminar un metro cúbico de agua, y que por ejemplo en 1999 se vendieron en España (Península y Baleares), unas 500.000 Toneladas métricas de lubricantes (500.000.000 de litros) según la Asociación Española de Lubricantes (ASELUBE), es fácil imaginar la importancia de este tema para el medio ambiente.

Las empresas especializadas en Lubricación y Lubricantes a través de sus actuaciones en el mercado industrial tienen el compromiso de asesorar a la industria y suministrar productos encaminados a cumplir la normativa ambiental vigente.


4. El Futuro Vegetal:



En un futuro no muy lejano se acabará el petróleo y se tendrá que recurrir a otro tipo de aceites. El aceite vegetal produce menos contaminantes, y si te quedas sin materia prima, existe una alternativa de aumentar la plantación del mismo. Hay quien dice que en 5 ó 10 años, muchos de los aceites para automóviles y camiones pequeños serán vegetales.


UNIONES ROSCADAS



1. INTRODUCCIÓN:



Al introducir tornillos roscados tratados con aceite, se produce rozamiento mixto entre las roscas del tornillo y de la tuerca. La transferencia de la fuerza se produce a través del lubricante y del contacto directo entre las superficies.

Los aceros aleados son especialmente problemáticos, sobre todo los que contienen níquel, cromo o molibdeno. Este tipo de aceros poseen una fina capa de oxido que se desprende muy fácilmente al ser introducidos en la tuerca, lo que produce una unión entre las superficies debida a las altas presiones superficiales y finalmente se produce el gripaje.

El gripaje de las roscas se evita mediante la utilización de lubricantes adecuados, los cuales se encargan de proteger la rosca al aparecer el rozamiento mixto.


2. TIPOS DE LUBRICANTES UTILIZADOS:



Debido al gran número de materiales con los que se fabrican los tornillos y las tuercas, no existe ningún lubricante universal.

Tanto los tornillos como las tuercas suelen ser suministradas habitualmente impregnados en aceite, el cual les confiere una protección temporal contra la corrosión y un coeficiente de rozamiento favorable. En el caso de uniones roscadas poco exigentes y sometidas a temperaturas de hasta 80oC, esta protección es suficiente, lo cual no ocurre en uniones donde que se encuentran bajo la influencia de agentes corrosivos, de altas temperaturas y fuertemente apretadas.

Las modernas pastas, estables a altas temperaturas, ya no contienen los componentes utilizados hasta la actualidad, como azufre, fósforo, zinc, níquel o plomo, lo que ha evitado inconvenientes medioambientales y sanitarios, además de los fenómenos de tensofisuración, la rotura o la formación de grietas.

Además de los aceites y pastas para roscas también pueden ser aplicados barnices lubricantes, formándose una película lubricante seca. Estos son utilizados normalmente en grandes series.

3. PREVENCIÓN DE DAÑOS:



Cuando se trata de evitar riesgos y asegurar un posterior desmontaje sin daños, no se han de utilizar aceites y grasas sino lubricantes especiales para roscas.
Donde sea necesario alcanzar una alta tensión de apriete, están especialmente indicados los lubricantes para roscas que tengan lubrificantes sólidos, como por ejemplo:


Las pastas con las siguientes características:



Tipo 1


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Tipo 2


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Los barnices lubricantes con las siguientes características:


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Estos productos ofrecen protección frente al contacto metálico directo de las roscas y posibilitan el recubrimiento de las rugosidades gracias a la formación de una película de deslizamiento, evitando que se produzcan soldaduras entre las superficies. Estos productos están indicados para aplicación a bajas y medias temperaturas.

Las uniones a rosca en bridas, culatas, tapas de carcasas, etc., han de presentar una tensión de apriete semejante para evitar en la medida de lo posible fugas. Este objetivo se alcanza utilizando pastas del tipo 2 descrito anteriormente, ya que iguala los diferentes coeficientes de rozamiento de las roscas impregnadas en aceite. Esto implica que, utilizando una llave dinamométrica, el momento de apriete sea semejante y produzca una tensión de apriete semejante desde el primer hasta el último montaje.


4. PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN:



Sólo una película de separación resistente a altas temperaturas y presiones puede evitar la formación de soldaduras en la rosca, las cuales se producen frecuentemente al realizar la unión o a temperaturas de más de 500 oC.

El tipo 1 de pasta descrito anteriormente es el más indicado para evitar la corrosión, ya que ofrece gran resistencia a la entrada de humedad y gases oxidantes. Esta pasta asegura un desenroscado no problemático, aún en el caso de temperaturas elevadas en medios agresivos.

La mejor protección frente a la corrosión la ofrecen las roscas galvanizadas en caliente, aunque tienen el inconveniente de alta tendencia al gripaje. Este problema se soluciona mediante la utilización de:

Pastas con las siguientes características:



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Barnices lubricantes con las siguientes características:



Tipo 1


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Tipo 2



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Estos productos forman una película sólida de deslizamiento que separa las capas de zinc del tornillo y la tuerca. De esta manera se evita la presencia de agentes corrosivos, se alcanza la fuerza de apriete necesaria y se asegura un desenroscado sin problemas después de un largo periodo de funcionamiento.

Un requisito importante relacionado con las uniones roscadas de aceros para altas temperaturas, es que los lubricantes no deben tener ningún elemento dañino para el material que pueda difundirse en los límites granulométricos del material de la rosca.

Si debido a la no lubricación o a la utilización de un lubricante no adecuado, se atasca u oxida fuertemente una unión a rosca, el oxido puede ser eliminado y la unión aflojada mediante un desoxidante que tenga como base un aceite mineral y otros elementos activos inhibidores de la corrosión y disolventes.

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5. APLICACIÓN PRÁCTICA DE LOS LUBRICANTES:



5.1. Aplicación de pastas para roscas.



Para obtener una fijación óptima las superficies de deslizamiento deben de estar secas y desengrasadas (eliminando el aceite o grasa con que se suministran las roscas nuevas).

Las pastas pueden ser suministradas en latas, tubos o spray. Estas han de ser aplicadas hasta el fondo de la rosca manualmente, mediante un pincel, un paño o pulverizadas mediante spray. El exceso no es perjudicial en este caso.

Tras el montaje de la rosca debe permanecer un collarín de pasta para garantizar el aislamiento frente a influencias del medio ambiente.

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5.2. Aplicación de barnices lubrificantes para roscas:



Para que la permanencia y fijación del barniz sea buena habrá que tratar previamente las superficies metálicas.

Primero ha de hacerse un desengrasado para obtener una fijación homogénea, aunque hayan sido tratadas con productos contra la corrosión. Este puede realizarse en frío mediante disolventes orgánicos, o mediante disolventes orgánicos en baño de vapor siendo este último el más eficaz.

Este producto puede ser aplicado directamente del bote pulverizador sobre la superficie. La pulverización debe realizarse en cabinas y si se realiza en otro lugar debe de haber buena ventilación. No es recomendable que se formen gotas o que se escurra el producto.

La aplicación del barniz también pude realizarse mediante pincel, pero este proceso no es recomendado, ya que la película obtenida no es uniforme.

La superficie tratada se seca al cabo de 5 minutos a temperatura ambiente. Una vez comprobado que la superficie esta seca, la rosca puede ser directamente montada.


5.3. Grosor de la capa:



El grosor de la capa tiene una gran influencia sobre la duración de la misma, sobre el coeficiente de rozamiento y sobre la función protectora del lubricante. Debe de tener un grosor mayor que el de las rugosidades del elemento de deslizamiento.

6. SELECCIÓN DE LOS LUBRICANTES:



En una unión roscada las superficies de contacto que han de ser consideradas son la rosca y las superficies de apoyo de la cabeza del tornillo y la tuerca.

La selección del lubricante estará en función de las condiciones de funcionamiento y de los materiales utilizados para las roscas, por este motivo para elegir bien un lubricante habrá que tener en cuenta los siguientes factores:

- Temperatura.
- Material empleado en la rosca.
- Montaje de la rosca.
- Desmontaje.
- Prevención de daños.

Autor:

Montejicar





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