Las tablas de compatibilidad de grasas se han desarrollado y circulado desde la década de 1980 sin mucha alteración. Sin embargo, la tecnología de las grasas ha cambiado significativamente a lo largo de los años y hay muchos ejemplos de rendimiento que contradicen varias tablas de compatibilidad ampliamente utilizadas. Este artículo describirá los ejemplos más comunes de mezclas de grasas incompatibles y cómo determinar si dos grasas son compatibles.
Examen de tablas de compatibilidad
Varias organizaciones confían en los gráficos de compatibilidad para tomar decisiones de mantenimiento importantes. Estos gráficos están fácilmente disponibles en artículos publicados, publicaciones periódicas y páginas web. Desafortunadamente, muy pocos gráficos brindan alguna referencia sobre el origen de los datos o cualquier investigación utilizada para establecer las relaciones de compatibilidad descritas. También se han planteado preocupaciones significativas sobre algunos de estos gráficos después de que las grasas presentadas como compatibles hayan demostrado ser bastante incompatibles.
Recientemente se evaluó una selección de 17 tablas de compatibilidad en busca de diferencias. La Tabla 1 muestra las etiquetas utilizadas en estos gráficos y cuántas veces aparecen estas descripciones en los gráficos. Diecisiete ocurrencias indicarían que una categoría de grasa estaba presente en cada uno de los gráficos encontrados, y solo había tres de esos productos.
Los tres productos que aparecían en cada una de las tablas eran complejo de aluminio, complejo de litio y complejo de calcio. Sin embargo, lo común termina ahí. Se encontraron un total de 25 descripciones de productos diferentes en las 17 tablas. Es posible que algunos se hayan referido a las mismas categorías de productos, pero no utilizaron una nomenclatura común, por lo que es difícil determinar dónde podría haber una superposición.
Contradicciones
Se descubrieron varias contradicciones entre los distintos gráficos. Por ejemplo, un gráfico indicó que la grasa de complejo de bario es compatible con la grasa espesada con arcilla, mientras que otros sugirieron que esta mezcla es incompatible. Algunas tablas enumeraban la grasa de poliurea como compatible o en el límite de la compatibilidad con el complejo de calcio, pero otra tabla mostraba que el complejo de calcio era incompatible con la poliurea.
Aunque hubo desacuerdos significativos entre los diversos gráficos, todos tenían una cosa en común: pocos proporcionaron algún enlace o referencia a la investigación que se llevó a cabo para desarrollarlos. Es decir, los gráficos que se utilizan para tomar decisiones importantes de ingeniería y diseño son contradictorios y no indican la fuente de información o investigación utilizada para compilarlos.
Tras la observación, se vuelve obvio que varios de los gráficos se derivan de los demás. Las diversas descripciones utilizadas implican que algunas pueden haber sido copiadas de otras. Muchos gráficos incluyen un descargo de responsabilidad, que generalmente indica que sería preferible limpiar toda la grasa vieja y evitar cualquier mezcla, o que se cree que los gráficos son precisos en el momento de la publicación. Esto subraya el desafío de encontrar un solo gráfico autorizado para usar con confianza al tomar decisiones con respecto a la mezcla de grasa.
Tabla 1. Compilación de 17 tablas de compatibilidad de grasas
Base para la compatibilidad de grasas
Es interesante notar que estas tablas de compatibilidad de grasas se enfocan solo en la familia de espesantes involucrados. Sin embargo, hay tres componentes en cualquier grasa formulada: el aceite base, los aditivos y el espesante. Al mezclar aceites, las consideraciones clave son la viscosidad de cada producto, el tipo de aceite base y el espesante. Sin embargo, de alguna manera, estos parámetros críticos se pasan por alto cuando se utilizan tablas de compatibilidad de grasas. Esto se entiende de alguna manera, ya que la razón más común de los problemas de mezcla de grasa está relacionada con las diferencias en el espesante de la grasa, pero ese no es el único problema.
Compatibilidad del aceite base
Las grasas se fabrican a partir de bases de aceite mineral y aceite sintético. Algunos aceites base sintéticos son incompatibles con los aceites minerales y otros tipos de sintéticos, al igual que en la mezcla de aceites lubricantes. Por lo tanto, es importante considerar el tipo de aceite base en la grasa al determinar la compatibilidad. Si los espesantes de grasa son compatibles pero los aceites base no lo son, la mezcla resultante puede ser problemática. La viscosidad es fundamental al seleccionar cualquier lubricante. Asimismo, cuando se mezclan grasas donde las viscosidades del aceite base son significativamente diferentes, la mezcla resultante no se optimizará para la aplicación.
Compatibilidad aditiva
Se entiende que cuando se mezclan los aceites, cualquier incompatibilidad en los paquetes de aditivos dará como resultado un rendimiento deficiente y, a menudo, reacciones de los aditivos que crean depósitos. Si bien los aditivos que reaccionan no se depositarán en el fondo de la grasa, como ocurre con el aceite, los cambios pueden causar problemas, lo que afectará la eficacia de los aditivos y, en algunos casos, creará condiciones corrosivas en la grasa. Compatibilidad aditiva con la metalurgia del componente lubricado también debe ser considerado.
Compatibilidad con espesantes
La mezcla de grasas con espesantes incompatibles puede resultar en los cambios más inmediatos y obvios que interfieren con la lubricación efectiva. Muchas mezclas se ablandarán inicialmente, a menudo hasta el punto de migrar a través de los sellos o alejarse de las superficies lubricadas. Algunas mezclas harán que el espesante libere el aceite y la fase separada corra libremente desde el cojinete, el engranaje o la carcasa. Otras mezclas se endurecen inicialmente y provocan problemas de carga de los componentes y mala motilidad de la grasa. Este efecto potencial no se determina fácilmente. La simple mezcla de dos grasas para observar los cambios puede no proporcionar ninguna diferencia obvia. Sin embargo, mezclar cuidadosamente las grasas en diferentes proporciones y someterlas a ciclos de mezclado, trabajo y calentamiento puede revelar cambios medibles en las propiedades para predecir su desempeño en una máquina.
Pruebas de compatibilidad de grasas
Si la investigación ha demostrado la falta de confiabilidad de las diferentes tablas de compatibilidad de grasas, es importante discutir qué pasos adicionales se pueden tomar para evaluar la compatibilidad de las grasas. La norma ASTM D6185 (Práctica estándar para evaluar la compatibilidad de mezclas binarias de grasas lubricantes) implica la mezcla de las grasas previstas en proporciones de 25-75, 50-50 y 75-25. Las mezclas resultantes se evalúan en cuanto a cambios en el punto de goteo, estabilidad al cizallamiento y estabilidad al almacenamiento. Estos dos últimos parámetros incluyen la medición de cambios en el valor de penetración del cono.
Si bien esta norma ha mejorado en gran medida la uniformidad con la que se puede probar la compatibilidad de las grasas, se debe tener en cuenta que las tres pruebas de evaluación son de naturaleza estática. Aunque hay algo de funcionamiento mecánico de la grasa antes de la prueba, esta es una perturbación mecánica mínima.
Cuando se introduce una mezcla de grasa en una máquina, como el cojinete de un motor, se mezclará y funcionará significativamente en un período de tiempo relativamente corto. Esto se compara con los 60 golpes dobles utilizados para mezclar y trabajar la mezcla binaria evaluada en el estándar.
Una mezcla de grasas introducida en un cojinete de bolas común que opera a 1750 revoluciones por minuto verá casi 30 millones de eventos de mezcla y trabajo en solo tres días de operación. Esta mezcla estará sujeta a fuerzas dinámicas continuas, y su rendimiento y posible degradación estarán más influenciados por esto que por la respuesta estática observada en las mediciones de penetración de cono o punto de goteo. La capacidad de esta prueba para predecir adecuadamente las mezclas en servicio puede cuestionarse razonablemente.
Trabajar en un simulador de rodamientos
Se han realizado algunos estudios para mejorar la mezcla y el trabajo de la grasa para simular mejor las condiciones de la máquina. El banco de pruebas de motores eléctricos que se muestra a continuación fue desarrollado para la guía de prácticas efectivas de grasa del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica. Este banco de pruebas consta de la campana final de un motor eléctrico de 60 caballos de fuerza montado con un cojinete de bolas en un eje corto. El eje es girado por un motor de potencia fraccionaria, acoplado a un eje girado hacia abajo. La carcasa de la campana final se retira y se reemplaza por una ventana de plexiglás para observar el estado de la grasa en condiciones dinámicas. Con el fin de probar las mezclas de grasa, las proporciones 25-75, 50-50 y 75-25 se empaquetan secuencialmente en el rodamiento a mano, y el área de la carcasa adyacente se llena hasta la mitad. Luego se ejecuta durante 72 horas para lograr más de 30 millones de perturbaciones de la grasa. Se anotan las condiciones observadas y se elimina la grasa del cojinete.
Tabla 3. Valores de espectroscopia elemental para las grasas de referencia y la mezcla 50-50
Análisis dinámico
La mezcla resultante se analiza mediante espectroscopia infrarroja transformada de Fourier (FTIR) para observar cualquier reacción u oxidación inesperada de los componentes de la grasa. La grasa también se evalúa mediante espectroscopia elemental para evaluar proporciones finales inesperadas de aditivos en comparación con el promedio anticipado de valores observados en los productos originales, ajustando las proporciones de mezcla.
Finalmente, la grasa se prueba en un reómetro de tensión controlada para identificar cambios en las propiedades de flujo y corte en comparación con los productos originales. Los valores medidos incluyen el límite elástico, que puede predecir el endurecimiento o el ablandamiento que puede sufrir la grasa; la tensión de oscilación, que puede dar una idea de la probabilidad de separación del aceite y otros efectos; y cumplimiento recuperable, que puede ayudar a identificar aquellas mezclas que podrían experimentar “canalización” o “tunelización” en la carcasa del equipo.
En conjunto, estas pruebas pueden proporcionar una imagen más completa de los efectos potenciales de mezclar dos productos de grasa y ayudar a los usuarios a evitar problemas de confiabilidad al mezclar grasa, incluso para productos que de otro modo podrían parecer compatibles en los gráficos.
Tabla 4. Los valores reológicos para las dos muestras de referencia trabajadas y la mezcla trabajada 50-50, con los valores de interés en amarillo
Ejemplos de compatibilidad de grasas
Pruebas
Los siguientes resultados de prueba para mezclas binarias de grasa se obtuvieron utilizando los métodos descritos anteriormente y el banco de pruebas de mezcla de grasa para mezclar y trabajar las muestras. El primer ejemplo es de dos grasas comunes espesadas con poliurea. Esta mezcla fue elegida para una empresa que buscaba consolidar el número de grasas en su planta. Un área de la instalación usaba una grasa particular en todos los motores eléctricos, mientras que el resto usaba otra grasa. El objetivo era consolidar en un solo producto para todos los motores. Desafortunadamente, no sería posible limpiar completamente toda la grasa que se está reemplazando de los motores. Por lo tanto, se hizo necesario verificar que una grasa de poliurea pudiera agregarse directamente a un motor que contuviera la otra. De acuerdo con la mayoría de las tablas de compatibilidad de grasas, las grasas de poliurea son compatibles entre sí y se permitiría tal transición.
La Tabla 2 muestra la información del producto para ambas grasas probadas. Estas grasas son muy comparables en base a su consistencia y viscosidad de los aceites base.
La Tabla 3 revela las diferencias en los valores de espectroscopia elemental para las grasas de referencia y la mezcla 50-50. Las áreas resaltadas en amarillo muestran el contraste entre las grasas y la evidencia de mezcla.
Estas variaciones revelan una diferencia de formulación obvia entre las grasas (lo más probable es que involucre aditivos antidesgaste), pero esto por sí solo no sería suficiente para descalificar la compatibilidad de la mezcla si el producto resultante aún funcionaba de manera efectiva con respecto a la resistencia al desgaste.
La Tabla 4 muestra los valores reológicos para las dos muestras de referencia trabajadas y la mezcla trabajada 50-50. Las áreas resaltadas en amarillo indican valores preocupantes.
En este caso, cada uno de los valores para la mezcla 50-50 es significativamente diferente al promedio numérico esperado de las grasas sin mezclar. Esto demuestra un cambio en las propiedades debido a la mezcla y plantea preocupaciones sobre el rendimiento de esta mezcla a largo plazo. Se podría esperar que la mezcla esté sujeta a ablandamiento, separación de aceite y una tendencia a canalizarse cuando se permite que persista en un estado mezclado en la carcasa del motor. Por esta razón, no se permitió la mezcla en la instalación y se tomó la decisión de mantener dos grasas en su lugar hasta que los motores pudieran retirarse y limpiarse a fondo del producto existente.
Tabla 5. (Arriba) Los valores de límite elástico esperado y real para la mezcla 50-50 y las grasas de referencia
Tabla 6. (Abajo) Los valores de cumplimiento recuperables esperados y reales para la mezcla 50-50 y las grasas de referencia
Estrategias para minimizar los efectos de mezcla
Puede ser difícil evitar mezclar grasas en el entorno de una planta, pero se pueden tomar varios pasos para minimizar el impacto y la probabilidad de mezclar grasas incompatibles.
Paso 1: Proporcione una guía clara
Todo el personal involucrado en la aplicación de grasa al equipo debe estar capacitado y recibir instrucciones sobre el producto adecuado para usar en cada pieza del equipo y la ubicación. Esto incluye a los empleados y contratistas que puedan estar trabajando en las instalaciones. Proporcione etiquetas y códigos de color cuando sea posible para evitar confusiones.
Paso 2: Involucrar a Compras en la Especificación de Grasa
Un área común para mezclar grasa es en equipos nuevos y reconstruidos. Incluso cuando todo el personal de la planta recibe instrucciones claras sobre el uso de los productos correctos, es posible que el equipo se devuelva a la instalación con una grasa diferente a la que se agregará durante el servicio. Los nuevos cojinetes, engranajes, motores, etc., a menudo vienen con un producto que es incompatible con la grasa que se usa para relubricar.
Paso 3: Consolide los lubricantes
Identificar el número mínimo de productos necesarios para cumplir con el diseño del equipo en uso y consolidar a ese número. No almacene productos adicionales por conveniencia o lealtad a la marca. Esto aumenta la probabilidad de mezcla.
Paso 4: Prueba de mezclas potenciales
Si se ha agregado inadvertidamente la grasa incorrecta a una máquina o se requiere una consolidación que hará la transición del uso de un producto en una máquina, realice una mezcla y un trabajo simulados de las mezclas, así como pruebas de propiedades dinámicas para evaluar el rendimiento de la mezcla. Para aquellas mezclas que demuestren ser incompatibles, se debe hacer un esfuerzo adicional para limpiar a fondo todos los restos de grasa de la carcasa, las líneas de suministro y los cojinetes/engranajes para garantizar una larga vida útil y un funcionamiento confiable de la maquinaria.
Las tablas de compatibilidad de grasas pueden parecer una forma conveniente de tomar decisiones basadas en la mezcla de grasas real o potencial. Sin embargo, la falta de confiabilidad de estos gráficos y la compleja interacción de los aceites base, los aditivos y los espesantes de grasa requieren que se emplee un enfoque más seguro para lograr un rendimiento óptimo del equipo. Los esfuerzos para evitar la mezcla siempre que sea posible y para probar las mezclas en busca de problemas de compatibilidad, así como para tomar las medidas apropiadas, serán una inversión en confiabilidad que rendirá dividendos.
Autor: Noria Corporation
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