Grease Lubricant
Author ; Junya Takai
Las grasas son lubricantes sólidos o semisólidos producidos mediante la mezcla de aceites base con espesantes y aditivos que reducen la fricción mecánica y el desgaste en la maquinaria. Cuando las piezas están en movimiento, la grasa libera aceite y fluye para proporcionar lubricación. En reposo, la matriz de espesante, similar a una esponja, se vuelve a solidificar y mantiene la grasa en su lugar.
Las grasas lubricantes se utilizan en componentes donde los aceites se podrían escurrir y sus formulaciones están adaptadas a aplicaciones en los sectores de la automoción, manufactura, minería, construcción y agricultura.
Grasa vs. Aceite: ¿Cuál es la diferencia?
Las grasas son aceites base modificados con espesantes y aditivos para aceite. A diferencia de los aceites lubricantes líquidos, las grasas son sólidas o semisólidas y se adhieren fuertemente a las superficies incluso bajo movimiento y vibración, lo que favorece su retención en las piezas móviles que necesitan lubricación a largo plazo. Las grasas también ofrecen una mayor flexibilidad que los aceites en cuanto a aditivos, lo que permite a los formuladores ajustar con precisión sus propiedades de rendimiento.
Las grasas tienen propiedades ajustables, ayudan a sellar los componentes contra los contaminantes y permanecen en el lugar donde se necesitan. Por ello, suelen elegirse para aplicaciones donde los aceites lubricantes no se pueden mantener en su lugar y la retención es crucial, como en maquinaria de uso poco frecuente y en piezas donde volver a lubricar regularmente resulta poco práctico. Por otro lado, los aceites suelen ser la opción preferida en aplicaciones de alta velocidad, donde la fluidez y la disipación del calor son especialmente importantes.
Composición de las grasas lubricantes
Además del espesante utilizado para transformar el aceite lubricante en una grasa sólida o semisólida, a menudo se recurre a la modificación del aceite mediante aditivos para mejorar las propiedades finales del producto.
Aceite lubricante (generalmente 75-90 %)
El aceite lubricante constituye la base fluida de la grasa, lo que reduce la fricción entre las superficies y evita el desgaste. Cuando se aplica una fuerza de cizalladura a la grasa, su viscosidad disminuye hasta aproximarse a la del aceite base. Los aceites lubricantes también influyen en propiedades clave como la temperatura de funcionamiento, por lo que se eligen en función de los requisitos de la aplicación.
Espesante (5-25 %)
Los espesantes se suspenden o emulsionan en el aceite lubricante, lo que les proporciona una estructura esponjosa y una consistencia sólida. Si bien los jabones son el tipo de espesante más común, se pueden utilizar sólidos en polvo para conseguir una mayor durabilidad u otras propiedades deseables. Además de la estructura y la viscosidad, los espesantes influyen en la resistencia térmica, la resistencia al agua y la resistencia química de la grasa.
Aditivos (0-10 %)
Además de las propiedades del aceite lubricante y del espesante, los aditivos para aceite ofrecen mejoras significativas y son un elemento clave para ajustar el rendimiento de la grasa. Los aditivos para aceite comunes, como los modificadores de viscosidad, se pueden utilizar para mejorar la estabilidad de la viscosidad, la retención de aceite, la capacidad antidesgaste, el rendimiento a presión extrema, la resistencia a la corrosión y la resistencia a la oxidación.
Cómo funciona la grasa
En una grasa, el espesante se emulsiona o suspende en el aceite base para conferirle una estructura sólida esponjosa con una elevada viscosidad inicial. Cuando se aplican fuerzas de cizalladura a la grasa, como cuando dos piezas engrasadas comienzan a deslizarse entre sí, se disgrega la matriz formada por las partículas del espesante. Este fenómeno, conocido como adelgazamiento por cizalladura, reduce la viscosidad de la grasa y le otorga una viscosidad similar a la del aceite, lo que le permite fluir para proporcionar lubricación.
Una vez que deja de actuar la fuerza de cizalladura, las partículas del espesante se reagrupan, reconstruyendo la estructura esponjosa y devolviendo la grasa a su estado sólido original. El adelgazamiento por cizalladura permite que las grasas fluyan cuando se requiere lubricación, y que se conviertan nuevamente en un sólido pegajoso que se adhiere a las piezas engrasadas para evitar cualquier pérdida de lubricante.
Las grasas pueden reducir el desgaste y la fricción, prevenir la corrosión, resistir el lavado por agua, actuar como sellador y soportar la presión extrema de cargas pesadas sin perder su capacidad de lubricación.
Tipos de grasa y sus usos
Por lo general, las grasas se clasifican según el tipo de espesante, el cual influye en la viscosidad, la resistencia térmica, la resistencia al agua, la resistencia al desgaste y la estabilidad química.
Grasa de litio
Las grasas de litio son una opción popular formulada a base de estearato de litio. Son altamente duraderas, viscosas y estables, y proporcionan protección contra el desgaste, la oxidación y la corrosión a altas temperaturas. Gracias a su aceptable resistencia al agua y rendimiento bajo presión, son adecuadas para aplicaciones que van desde la maquinaria industrial hasta el uso doméstico.
Grasa de complejo de litio
En estos productos, el estearato de litio se mezcla con un agente complejante (como el ácido azelaico o el ácido adípico) para producir una grasa con mayor resistencia térmica y a la presión. Aunque son más costosas, las grasas de complejo de litio mantienen una mejor estabilidad al cizallamiento, resistencia al agua y resistencia a la separación de aceite que las grasas de litio a temperaturas mucho más elevadas. Junto con la grasa de litio, son las grasas multiuso más populares del mercado.
Grasa de calcio
Estas formulaciones sencillas a base de estearato de calcio fueron algunas de las primeras grasas disponibles. Las grasas de calcio ofrecen una buena estabilidad mecánica, resistencia al agua y protección contra la corrosión, pero no son adecuadas para su uso a altas temperaturas. Siguen siendo una grasa popular de uso general en aplicaciones domésticas, automotrices, industriales, marítimas y agrícolas de baja exigencia.
Grasa de sulfonato de calcio (o de complejo de calcio / sulfonato)
Esta categoría de grasa de alto crecimiento en el mercado se prefiere cuando se requiere una resistencia superior a la presión, al agua y a la corrosión. Las grasas de complejo de calcio también soportan temperaturas más elevadas, comparables a las de las grasas de complejo de litio. La durabilidad y la larga vida útil de las grasas de complejo de calcio impulsan su uso en aplicaciones industriales y marítimas pesadas.
Grasa de complejo de aluminio
Las grasas de complejo de aluminio mantienen una buena estabilidad al cizallamiento y resistencia a la corrosión, incluso a temperaturas extremadamente altas. Al igual que las grasas de calcio y de complejo de calcio, ofrecen una resistencia superior al agua. Las grasas de complejo de aluminio se utilizan habitualmente en la maquinaria de la industria alimentaria y de bebidas, así como en aplicaciones automotrices, siderúrgicas y agrícolas.
Grasa de complejo de bario
La grasa de complejo de bario es una opción de alto rendimiento que se utiliza principalmente en aplicaciones especializadas debido a preocupaciones normativas y medioambientales. Ofrece una gran resistencia a las altas temperaturas, al agua, a la oxidación y a los productos químicos bajo cargas pesadas y altas velocidades. Como grasa de alto rendimiento, se utiliza en aplicaciones exigentes, incluyendo los sectores industrial, aeroespacial y marítimo.
Grasa de bentonita (arcilla)
Debido a que la grasa de bentonita se espesa con arcilla de bentonita absorbente, se diferencia de las grasas a base de jabón en que no tiene punto de goteo; incluso a altas temperaturas, no se funde ni fluye. Además, ofrece una gran estabilidad al cizallamiento, resistencia al agua, resistencia al desgaste y adherencia. La combinación de estas propiedades convierte a la grasa de bentonita en una opción ideal para aplicaciones de alta temperatura y alto desgaste, como la siderurgia, la industria manufacturera, la minería y la cerámica.
Grasa de poliurea
Esta grasa de alta calidad se elabora a base de poliurea, no con los jabones metálicos tradicionales. Como resultado, ofrece una combinación inigualable de excelente resistencia térmica, resistencia al agua, resistencia a la oxidación, prevención de la corrosión, estabilidad mecánica y durabilidad a largo plazo. Debido a su elevado costo y excelentes propiedades, la grasa de poliurea se utiliza principalmente en productos como motores eléctricos y equipos pesados que deben funcionar durante períodos prolongados en condiciones adversas sin necesidad de relubricación.
Grasa de sodio
Si bien la grasa de sodio es resistente a altas temperaturas y proporciona una buena lubricación, generalmente tiene poca resistencia al agua y a la oxidación. En consecuencia, hoy en día solo se utiliza en aplicaciones específicas de alta temperatura y baja velocidad, o como componente en formulaciones de grasas con espesantes mixtos.
Otras grasas
Se han desarrollado diversas formulaciones de grasas adicionales para satisfacer las necesidades de aplicaciones especializadas, entre las que se incluyen:
Grasa de silicona: Se compone de aceite de silicona y un espesante. Esta grasa dieléctrica se utiliza como lubricante para piezas de caucho en fontanería, odontología, buceo, instalaciones eléctricas y laboratorios químicos. También se utiliza como aislante y sellador protector en algunos equipos electrónicos.
Grasa de PTFE: Un tipo de grasa extremadamente duradero, lubricante y flexible, utilizado en entornos de alto rendimiento que requieren inercia química.
Grasas de grado alimentario: Se componen de un aceite base lubricante apto para uso alimentario y un espesante, para su uso en equipos industriales de procesamiento y envasado de alimentos.
Análogos de grasa a base de agua: Para aplicaciones donde materiales no tóxicos y sin base de aceite requieren propiedades similares a las de la grasa, las soluciones a base de agua se pueden espesar para formar análogos de grasa.
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Factores a tener en cuenta al elegir la grasa adecuada para sus necesidades
Al elegir una grasa, tenga en cuenta cómo las propiedades conferidas por el aceite base, el espesante y los aditivos para aceite se ajustarán a las propiedades requeridas por su aplicación.
Aceite base
El aceite base determina la viscosidad y la capacidad lubricante de la grasa durante su uso. Los aceites base se clasifican generalmente en minerales, sintéticos o vegetales. Los aceites minerales son una opción menos costosa, más adecuada para un uso a corto plazo, mientras que los aceites sintéticos son el estándar para una lubricación duradera y resistente al calor, con buena estabilidad al cizallamiento. Los aceites vegetales tienen propiedades materiales y una durabilidad comparativamente inferiores, pero son ideales para formulaciones de grasas no tóxicas, ecológicas o aptas para uso alimentario.
Espesante
Entre los espesantes se incluyen los jabones metálicos, los complejos o mezclas de jabones metálicos y los espesantes no jabonosos, como la arcilla bentonita y la poliurea. Al seleccionar un espesante, tenga en cuenta sus necesidades en cuanto a compatibilidad, estabilidad al cizallamiento, durabilidad, viscosidad, resistencia térmica, resistencia al agua y resistencia química.
Aditivos
Los aditivos para aceite son un componente crucial en la formulación de grasas, ya que permiten a los fabricantes producir de forma especializada, mejorar el rendimiento y abordar las posibles deficiencias de la combinación base de aceite y espesante. Los aditivos comunes protegen contra la corrosión y la oxidación, aumentan la adhesión o actúan como modificadores de viscosidad. Otros aditivos pueden proteger contra el desgaste bajo presión extrema (grafito y disulfuro de molibdeno), actuar como agentes desmoldantes (polvo de cobre o cerámica) o preservar la retención de aceite, incrementando así la durabilidad y el rendimiento (SEPTON™ de Kuraray). Al considerar una grasa determinada para piezas con tolerancias extremadamente ajustadas, como los rodamientos, evite los aditivos sólidos como el grafito y el polvo cerámico.
Los aditivos para aceite y grasa de Kuraray contribuyen a un rendimiento optimizado y rentable
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Consistencia
La consistencia es una medida de la blandura o dureza de la grasa antes del adelgazamiento por cizalladura. La consistencia es un factor importante para garantizar la aplicación confiable de la grasa, ya que esta última debe ser lo suficientemente manejable como para extenderse por completo sobre las zonas a lubricar, pero lo bastante cohesiva como para adherirse a la superficie una vez aplicada.
Las grasas se clasifican según su consistencia NLGI en grados del 000 al 6. Las grasas con grados NLGI de 000 a 1 van desde casi fluidas hasta semiblandas, mientras que los grados NLGI de 3 a 6 van desde firmes hasta muy duras. Sin embargo, la mayoría de las opciones disponibles en el mercado son grasas de grado NLGI 2 con una consistencia intermedia.
Los grados más blandos se utilizan en piezas como engranajes y transmisiones, los grados medios en elementos rodantes y rodamientos, y los grados más duros se utilizan principalmente como grasas de sellado.
Medición de la consistencia: Penetración
La consistencia de una grasa se mide mediante penetración utilizando el método de prueba estandarizado ASTM D217. En esta prueba, se deja caer un penetrómetro sobre la superficie de la grasa durante exactamente 5 segundos y luego se retira. Se registra la profundidad de penetración, lo que se utiliza para determinar la consistencia NLGI. Usualmente, la grasa se prueba inicialmente antes de someterse a trabajo mecánico. Posteriormente, se prueba tras someterla a trabajo mecánico en una máquina trabajadora de grasa o amasadora para simular su consistencia tras un uso prolongado.
Punto de goteo de la grasa
A cierta temperatura, la mayoría de las grasas pierden su estructura semisólida y se vuelven completamente fluidas, lo que afecta negativamente su capacidad de adherirse a las áreas que necesitan lubricación. Esta temperatura se conoce como el punto de goteo de la grasa. Como medida de precaución, se recomienda utilizar la mayoría de las grasas a temperaturas no superiores a 50 °C por debajo de su punto de goteo.
El punto de goteo de la grasa se determina mediante las pruebas estandarizadas ASTM D566 / D2265. En la prueba ASTM D566 (para puntos de goteo de hasta 250 °C), se calienta una copa portamuestra con grasa en un baño de aceite a alta temperatura hasta que la grasa desprende una gota de aceite. En cambio, en la prueba ASTM D2265 (para puntos de goteo de hasta 330 °C), la muestra se calienta en un bloque de aluminio dentro de un horno.
Las grasas de complejo de litio son el tipo más popular con un punto de goteo elevado. Entre las grasas más especializadas con puntos de goteo elevados se incluyen la grasa de complejo de calcio, la grasa de complejo de aluminio y la grasa de complejo de bario. La grasa de bentonita es única en que carece de punto de goteo, dado que no es una grasa a base de jabón metálico.
Factor dmN
El factor dmN, también conocido como factor DN o NDm, se utiliza para seleccionar grasas para aplicaciones de rodamientos de alta velocidad, ya que, a estas velocidades, la capacidad de una grasa para mantener la lubricación puede empezar a disminuir. El factor dmN de un rodamiento de bolas es su diámetro promedio en milímetros (mm) multiplicado por la velocidad del rodamiento en revoluciones por minuto (RPM). Este cálculo puede variar según el tipo de rodamiento. El factor dmN de un rodamiento puede ayudar a determinar la viscosidad ideal de la grasa.
Viscosidad
La consistencia se refiere a la viscosidad de la grasa antes del adelgazamiento por cizalladura, mientras que la viscosidad hace referencia al aceite base de la grasa y, por consiguiente, a las propiedades que presentará durante su uso. Los aceites de alta viscosidad proporcionan una mayor resistencia de la película lubricante, lo que se traduce en una mejor estabilidad bajo cargas pesadas y altas temperaturas. Los aceites de baja viscosidad son más adecuados para aplicaciones de alta velocidad y maquinaria que necesite mantenerse lubricada a bajas temperaturas. La modificación del aceite mediante modificadores de viscosidad permite a los formuladores ajustar con precisión la viscosidad de una grasa.
Otras propiedades
Al elegir la grasa adecuada para su aplicación, también puede considerar lo siguiente:
Resistencia al agua y a los productos químicos: La maquinaria que funciona en entornos húmedos o con presencia de agua requerirá una grasa resistente al agua para una protección duradera. La maquinaria industrial y de construcción que esté expuesta a aceites, productos químicos o disolventes puede requerir una grasa con buena resistencia química.
Estabilidad mecánica: Para grasas de larga duración que estarán sometidas a cargas, fuerzas de cizalladura o vibración constante, priorice la estabilidad mecánica para mantener la retención del aceite y la lubricación.
Compatibilidad entre grasas: Al cambiar a una grasa nueva o al mezclar grasas, verifique que sean compatibles entre sí.
Costo: Si bien algunas grasas de alto rendimiento y precio elevado combinan muchas características deseables, las formulaciones de menor costo pueden funcionar igual de bien en ciertas aplicaciones si se emplean los aditivos adecuados.
Aplicaciones
Las grasas se utilizan en cualquier aplicación que requiera una lubricación constante en un punto de fricción sin que sea precisa una relubricación periódica. Esto incluye los siguientes sectores, entre otros:
Automotriz: En los vehículos, la grasa lubrica los rodamientos de las ruedas, los rodamientos del motor, las rótulas, las juntas universales, los componentes del chasis, los actuadores y mucho más.
Ferroviario y marítimo: Las grasas lubricantes se utilizan no solo en la maquinaria y los motores a bordo que requieren durabilidad y resistencia al agua y al calor, sino también en los propios raíles para reducir la fricción y el ruido.
Manufactura industrial: Las aplicaciones de manufactura industrial, como las acerías, las cintas transportadoras, los ventiladores, las bombas y las prensas, dependen de las grasas para funcionar a temperaturas y velocidades elevadas.
Minería, construcción y agricultura: La maquinaria pesada utilizada en la minería, el procesamiento de minerales, la construcción industrial y la agricultura se debe lubricar con grasa de alto rendimiento para soportar condiciones de funcionamiento exigentes.
Electrodomésticos y electrónica: Los motores, los rodamientos y los ventiladores de los equipos electrónicos (incluidos computadoras personales, teléfonos celulares, aparatos de aire acondicionado, ventiladores, fotocopiadoras, herramientas eléctricas y electrodomésticos) dependen de la grasa para una lubricación a largo plazo.
Aditivos de Kuraray para la formulación de grasas
Para una formulación de grasas y una modificación del aceite rentables que ofrezcan resultados de alto rendimiento, Kuraray ofrece KURARAY LIQUID RUBBER y SEPTON™ como aditivos para la modificación de la viscosidad.
KURARAY LIQUID RUBBER
KURARAY LIQUID RUBBER actúa como modificador de grasa y reductor de fricción con una excelente eficacia de espesamiento y excelentes propiedades a bajas temperaturas. Cuando se mezcla con distintos tipos de grasa, KURARAY LIQUID RUBBER mejora los coeficientes de fricción estática y cinética hasta en un 25 %. La reducción de la fricción y el rendimiento a bajas temperaturas de KURARAY LIQUID RUBBER lo hacen idóneo para diversas aplicaciones, incluidas las grasas para aplicaciones de contacto metal-resina.
Características y ventajas
- Reductor de fricción eficaz para diversos tipos de grasae
- Excelente solubilidad en aceite y fácil mezcla con grasa
- Excelente eficacia de espesamiento
- Bajo contenido de COV
- Incoloro y transparente
SEPTON™
SEPTON™, el copolímero de bloque estirénico hidrogenado de alto rendimiento de Kuraray, es un aditivo para aceite ideal para conseguir una formulación de grasas mejorada, con un rendimiento comprobado en la grasa de litio.
SEPTON™ actúa como un modificador de viscosidad altamente eficiente y rentable, que ajusta la viscosidad de la grasa al tiempo que mantiene un excelente rendimiento a bajas temperaturas y mejora la retención de aceite. SEPTON™ se puede formular con todos los principales espesantes de grasa, incluidos el litio, el complejo de litio, el calcio, el complejo de sulfonato de calcio y la poliurea.
En las grasas de litio formuladas con aceite parafínico, que normalmente sufren separación de aceite, SEPTON™ mejora drásticamente la retención de aceite para conseguir una resistencia estable a lo largo del tiempo. Las formulaciones de grasa de litio que incorporan SEPTON™ pueden reducir su separación de aceite del 15 % a tan solo el 0,7 %, lo que favorece la estabilidad de las propiedades físicas a lo largo del tiempo, a la vez que sustituyen una porción del hidróxido de litio base. Al añadir SEPTON™ a la grasa de litio, los formuladores reducen el contenido de litio, cada vez más costoso, a la vez que mejoran el rendimiento.
Características y ventajas
- Mayor retención de aceite
- Mayor confiabilidad a largo plazo
- Excelente rendimiento a bajas temperaturas
- Alta eficacia de espesamiento
- Reduce el uso de costoso litio en las grasas de litio
- Se puede formular con todos los espesantes de grasa principales
- Amplia compatibilidad con aceites minerales y sintéticos
- No tóxico y reciclable
Conclusión
Las grasas son esenciales en aplicaciones de alto rendimiento que requieren durabilidad y lubricación constante. Protegen la maquinaria al reducir el desgaste y la fricción, prevenir la corrosión y actuar como un sellador resistente al agua.
