CAP˝TULO N” 2 FLUIDOS HIDR`ULICOS -...

Oleohidráulica aplicada a sistemas móviles 1

CAPÍTULO Nº 2

FLUIDOS HIDRÁULICOS

2.1 - Introducción

En la exposición de las materias que hemos tratado aquí se ha dado generalmente por elsupuesto que el líquido empleado para la transmisión de la energía es el aceite, sin precisar por otraparte nada sobre sus características y sus ventajas.En el presente capítulo está expresamente dedicado a esta cuestión y tiene carácter esencialmentepráctico, sea porque sus conclusiones y definiciones que se expondrán son sin excepción de origenexperimental, sea porque las consecuencias de una elección más o menos apropiada del líquidohidráulico destinado a una instalación específica, sobre el funcionamiento y la seguridad de serviciode la misma, se ven de forma inmediata y determinante.

El más clásico y el más usado de todos los líquidos hidráulicos es el aceite mineral. Pero antetodo cabe preguntarse espontáneamente: ¿por qué justamente el aceite y no otro medio menoscaro y de más fácil obtención? Este interrogante ya se planteo hace muchos años, cuando lasinstalaciones hicieron su primera aparición al lado de los más viejos sistemas mecánicos. El agua nocuesta dinero: por este motivo la respuesta fue, durante los primeros tiempos, favorable al agua o aemulsiones a base de agua. Dadas las modestas exigencias de las instalaciones de aquella época estasolución bastaba, pero con el transcurso del tiempo las máquinas se perfeccionaron y aumentaron depotencia, por lo cual se evidenció la necesidad de recurrir a líquidos que poseyeran propiedades delas que el agua carecía, en particular, elevado poder lubricante, ausencia de acciones corrosivas y dedepósitos, ausencia de evaporación y de ebullición incluso a elevadas temperaturas.

2.2 - PROPIEDADES DE LLOS FLUIDOS HIDRÁULICOS

El aceite posee, en mayor o en menor medida, todas las propiedades, cuya importanciaexaminaremos brevemente a continuación.

2.2.1 - Poder lubricante

Es un factor esencial para la buena conservación de los órganos mecánico, especialmentecuando trabajan a fricción. Sólo el aceite podía permitir la concepción de máquinas veloces,autolubricadas, exentas de mantenimiento, de pequeñas dimensiones y, por tanto, de costomodesto.

2.2.2 - El aceite no produce acciones corrosivas ni depósitos

El aceite proporciona una utilísima acción protectora contra la oxidación de los órganos de lainstalación, cuya duración queda así aumentada.

2.2.3 - Elevada temperatura de ebullición

Aunque el aceite presente en el circuito se caliente más o menos por efecto de las resistenciashidráulicas, no existe nunca el peligro de que se evapore o entre en ebullición.

Esto significa, en términos económicos, que los gastos de adquisición del aceite quedanampliamente compensados por un ahorro sustancial sobre el costo de la instalación; y en términostécnico, que una transmisión oleodinámica tiene un funcionamiento más seguro y ocupa menosespacio.


2.2.4 - Peso específico

El peso específico es el peso, a la temperatura de 20°C, de un decímetro cúbico de aceiteconsiderado (se fija la temperatura de referencia, ya que el peso específico de cualquier sustanciavaría con la temperatura).

Para los tipos normales de aceite, el peso específico (a 20°C) se halla comprendido entre 8.550y 8.830 ⁄ . El peso específico del aceite es, por lo tanto, menor que el del agua(aproximadamente 9.8101 ⁄ ). El peso específico se indica con la letra griega , y se mide en⁄ .

2.2.5 - Poder antiespumante

Cuando por cualquier razón el aire u otro gas se mezcla con el aceite y se produce espuma, elfuncionamiento de la instalación se vuelve muy irregular y ruidoso. Un buen aceite para instalacionesoleodinámicas contiene siempre aditivos que dificultan la absorción de gases y facilitan la separacióndel aire que haya penetrado eventualmente en el aceite.

2.2.6 - Poder antiemulsivo

Es la propiedad que posee el aceite de separarse rápidamente del agua que eventualmentepueda haber entrado en el circuito.

2.2.7 - Resistencia al envejecimiento

La acción del oxigeno del aire y las altas temperaturas tienden, con el transcurso del tiempo, atransformar químicamente el aceite, lo cual se traduce en la pérdida de parte de sus propiedadesesenciales y en la formación en su seno de lacas, barnices y sustancias ácidas que corroen el metal,aumentan la viscosidad e impiden la transmisión de calor. El fenómeno de envejecimiento sedesarrolla con mayor o menor rapidez en función de diversas condiciones, entre ellas la temperaturadel aceite, la temperatura del ambiente donde está situada la instalación oleodinámica, el número deveces por hora que la bomba hace circular el aceite por la instalación, el volumen y la forma deldepósito, la presencia de espuma en el aceite, el volumen total de aceite existente en el circuito, etc.

El envejecimiento queda además favorecido por la presencia en la instalación de ciertosmetales como el plomo, el latón o el cobre, y algunas de sus aleaciones (cobre – plomo, cobre – zinc)

Al proyectar una instalación es necesario tener bien presente esta tendencia alenvejecimiento, eligiendo adecuadamente el volumen de aceite a emplear y las dimensiones deldepósito. El envejecimiento puede combatirse además mediante el uso de aditivos. En todo caso,después de un cierto número de horas de funcionamiento debe cambiarse el aceite por completo,siguiendo para ello las instrucciones del constructor y de acuerdo con las condiciones reales deoperación y ambientales.

2.2.8 - Punto de fluencia

Se denomina punto de fluencia a la menor temperatura admisible para la cual el aceite aúnfluye. El método para su determinación se describe en DIN ISO 3016. En la selección de aceiteshidráulicos tener en cuenta que la temperatura mínima admisible en el equipo se encuentre comomínimo 8°C por encima del punto de fluencia.


2.2.9 - Capacidad de eliminación de aire

Los aceites contienen aire en forma disuelta. Si por una caída de presión, por ejemplo detrásde un estrangulador, excede el límite de saturación se desprenden burbujas de aire. Las burbujaspueden ingresar al aceite desde el exterior por falta de hermeticidad en las tuberías de aspiración.Este aire disuelto modifica la Compresibilidad, reduce la protección contra el desgaste y disminuye laconductibilidad térmica. Las consecuencias son las perturbaciones en el servicio debido amovimientos bruscos, ruidos, vibraciones y daños en el material. La capacidad de eliminación del airede un aceite se establece según DIN51.381.

2.2.10 – Compresibilidad

Recordemos que esta propiedad es típica del estado gaseoso, ya que los gases la poseen engrado notable; basta pensar que en primera aproximación (ley de Boyle), a una duplicación depresión corresponde una reducción de volumen a la mitad. Pero la Compresibilidad, si bien en gradomucho menor, es también una propiedad de los líquidos. En el caso del aceite mineral, un volumende 100 litros a la temperatura de 20°C y sometido a una presión de 100 bar, se reduce a unos 99,3litros, o sea, disminuye 0,7 litros.

Este fenómeno puede ignorarse en instalaciones de poco volumen y que funcionan a bajapresión, pero cuando existen cilindros de gran capacidad, tuberías de cierta longitud y de grandiámetro, etc., porque pueden dar lugar a un retraso en la puesta a presión, que repercute sobre laduración total del ciclo.

Si por cada 100 barde aumento de presión, el volumen de aceite se reduce un 0,7%. Engeneral, la ley que se cumple es: ∆ = ∗ ∗ ( − )donde: ∆ Reducción absoluta de volumen (litros)

Coeficiente de Compresibilidad )/( 2 KpcmVolumen inicial (litros)Presión inicial ( 2/ cmKp )Presión final ( 2/ cmKp )

Se ha observado experimentalmente que no es constante, sino a su vez función de lapresión, como demuestra la gráfica Nº 2.1.

Gráfica Nº 2.1: Coeficiente de Compresibilidad media de los aceitesminerales en función de la presión.

Ejemplo 1: Una prensa oleodinámica es alimentada por dos bombas, de las cuales la de baja presiónqueda desconectada a 15 2/ cmKp y la de alta presión, cuyo caudal es de Q = 6,7 l/min., sirve paraalcanzar la presión final de 315 2/ cmKp . Considerando que el volumen de aceite a comprimir (el


llenado lo ha efectuado ya la bomba de baja presión) es de 50 litros, calcular el tiempo necesario parapasar de 15 a 315 2/ cmKp .

De la figura 7 se obtiene primeramente (para 315 2/ cmKp )=0,65. 410

La fórmula (3) da:V =0,65. 410 .50.(315-15)=0,98 Lts.

El tiempo invertido es, por tanto:

mint 146,07,698,0

=8,8 seg.

Se trata, pues, de un intervalo nada despreciable, que influye decisivamente sobre el cálculodel tiempo total del ciclo de compresión.

2.2.11 – Viscosidad

Es una característica fundamental para reconocer si un aceite es adecuado para usosoleodinámicos. Si la viscosidad de un aceite no se elige acertadamente, el funcionamiento de lainstalación puede quedar gravemente comprometido e incluso imposibilitado.

La facilidad con que un líquido se derrama es una indicación de su viscosidad. El aceite fríotiene una alta viscosidad y se derrama muy lentamente, mientras que el agua tiene una viscosidadrelativamente baja y se derrama con bastante facilidad.

Definimos la viscosidad como la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimientorelativo de sus moléculas. La pérdida de energía debida a la fricción en un fluido se debe a suviscosidad.

2.2.11a - VISCOSIDAD DINÁMICA

Cuando un fluido se mueve, se desarrolla en él una tensión de corte, cuya magnitud dependede la viscosidad del fluido. La tensión de corte, puede definirse como la fuerza requerida para deslizaruna capa de área unitaria de una sustancia sobre otra capa de la misma sustancia. Así pues, es latensión de corte es una fuerza dividida entre un área y puede medirse en unidades de Newton pormetro cuadrado. En general encontramos que la magnitud de la tensión de corte es directamenteproporcional al cambio de velocidad entre diferentes posiciones del fluido.

En la figura Nº 2.1, se ilustra el concepto de cambio de velocidad en un fluido mediante laexhibición de una capa delgada del fluido situada entre dos superficies, una de las cuales estáestacionaria, mientras que la otra se está moviendo.

Figura N° 2.1: Gradiente de velocidad en un fluido en movimiento.

Una condición fundamental que se presenta cuando un fluido real está en contacto con lasuperficie frontera, es que el fluido tiene la misma velocidad que la frontera. En la figura Nº 2.1,


entonces, el fluido está en contacto con la superficie inferior tiene velocidad cero y el que está encontacto con la superficie superior tiene una velocidad V. Si la distancia entre dos superficies espequeña, entonces la rapidez de cambio de velocidad con respecto de la posición y es lineal. Esto es,varía como una línea recta. El gradiente de la velocidad es una medida de cambio de velocidad y sedefine como ∆ ∆⁄ . También se le conoce como rapidez de corte.

El hecho de que la tensión de corte del fluido es directamente proporcional al gradiente de lavelocidad puede establecerse matemáticamente como:= ∗ (∆ ∆⁄ )

En la que la constante de proporcionalidad se conoce como viscosidad dinámica del fluido.La definición de viscosidad dinámica puede ser derivada de la ecuación despejando .= ∆ ∆⁄ = ∗ ∆∆

Las unidades para pueden derivarse al sustituir unidades SI en lugar de las cantidadesinvolucradas en la ecuación, de la manera siguiente:= ∗ ⁄ ∗ ∗

Puesto que el Pa es otro nombre para las unidades ⁄ , también podemos expresarcomo: = ∗

En ocasiones, cuando las unidades de se combinan con otros términos en especial ladensidad, resulta conveniente expresar en términos de Kg, en lugar de N. Como =∗ ⁄ , la viscosidad dinámica puede expresarse como:

= ∗ = ∗ ∗ = ∗En la tabla Nº 2.1 se enumeran las unidades de viscosidad dinámica en los tres sistemas más

ampliamente utilizados. Las dimensiones de fuerza multiplicadas por el tiempo y divididas entre elcuadrado de la longitud se hacen evidentes en cada sistema. Las unidades de poise y centipoise sepresentan aquí debido a que muchos de los datos publicados se dan en tales unidades. Son parte delsistema métrico obsoleto conocido como cgs, derivado de las unidades básica centímetro gramo ysegundo.

Sistema de unidades Unidades de viscosidad dinámicaSistema Internacional 2/. msN , sPa. , smKg ./Sistema Británico de Unidades 2/. piesslb , spieslug ./ ,Sistema cgs (obsoleto)

smPaspapoisecentipoisesPascmgcmsdinapoise

.0.1.001.0100/.1.0)./(/. 2

Tabla Nº 2.1: Unidades utilizadas para la viscosidad dinámica.

2.2.11b - VISCOSIDAD CINEMÁTICA

Muchos cálculos en mecánica de fluidos implican el cociente de la viscosidad dinámica entre ladensidad del fluido. Como convención, la viscosidad cinemática , se define como:

=


Puesto que y son propiedades del fluido, también lo es. Podemos derivar las unidadesSI para la viscosidad cinemática al sustituir las unidades desarrolladas previamente para y :

= = ∗ 1 = ∗ ∗ =En la tabla Nº 2.2 se presentan las unidades de viscosidad cinemática en los tres sistemas

utilizados con más frecuencia.

Sistema de unidades Unidades de viscosidad cinemáticaSistema Internacional sm /2

Sistema Británico de Unidades spie /2

Sistema cgs (obsoleto)

smstokecentistokesmscmstoke

/10.1100//10.1/

26

242

Tabla Nº 2.2

Las dimensiones básicas de longitud al cuadrado divididas entre el tiempo son evidentes encada sistema. Las unidades de stoke y centistoke se presentan debido a que los datos publicados, amenudo, emplean tales unidades.

2.2.11c - VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD CON LA TEMPERATURA

Todos los fluidos, exhiben en algún grado, variación de la viscosidad en función de los cambiosde la temperatura. Conforme la temperatura del aceite va aumentando, su viscosidad disminuye.

En la gráfica Nº 2.2 se presentan gráficas de la viscosidad dinámica contra la temperatura paramuchos líquidos comunes. Observe que la viscosidad está graficada en una escala logarítmica, estodebido al intervalo tan grande de valores numéricos.

Con el fin de verificar su capacidad para interpretar estas gráficas, en la tabla Nº 2.3 sepresentan algunos ejemplos.

Las curvas de la gráfica Nº 2.3 representan gráficamente la dependencia entre la temperaturay viscosidades para 6 aceites del comercio. Como es habitual, se ha adoptado una escala lineal paralas abscisas (temperaturas) y una escala logarítmica para las ordenadas (viscosidades) por razonesprácticas y de claridad de lectura; en realidad, la adopción de una escala de ordenadas también linealofrece la posibilidad de evaluar, de un modo más inmediato, la marcha verdadera del fenómeno.Se observa entonces que, así como por encima de 50°C la influencia de la temperatura es moderaday, por tanto, las diferencias entre viscosidades de los respectivos aceites son muy reducidas, pordebajo de 50°C el aumento absoluto de viscosidades y, en consecuencia, las diferencias decomportamiento de los diversos aceites se hacen muy notorias.

No debe olvidarse, tampoco, que la viscosidad aumenta con la presión. Este fenómeno, quedebe atribuirse seguramente a un aumento de las reacciones tangenciales en el seno del líquido porefecto de las mayores tensiones perpendiculares debidas a la presión, se ha expresado gráficamenteen la gráfica Nº 2.4. Se observa de todas maneras que el fenómeno sólo se hace verdaderamentesensible por encima de 300 bar, por cuyo motivo es de limitado interés para aplicaciones prácticas.

Naturalmente, no se puede renunciar al empleo del aceite sólo por este inconveniente, y porlo tanto se han ideado tipos de aceites cuya viscosidad es poco sensible a los cambios detemperatura.


Gráfica Nº 2.2: Variación de la viscosidad con la temperatura

Fluido Temperatura Viscosidad dinámica°C 2/. msN o sPa.

Agua 20 3101 xGasolina 20 4101.3 xAceite SAE 30 20 1105.3 xAceite SAE 30 80 2109.1 x

Tabla Nº 2.3: Viscosidad dinámica en función de la temperatura.


Gráfica Nº 2.3: Diagramas viscosidad – temperatura para seis aceites del comercio.

Gráfica Nº 2.4: Relación entre viscosidad cinemática y presión. Las curvas de trazo continuo corresponden a un aceite de 21 cst (3°E); los trazos

corresponden a un aceite de 40 cst (5,5°E). Se observa que el fenómeno es más acusado para el aceite más viscoso y para las temperaturas inferiores.

En la práctica, una instalación puede funcionar, tanto con respecto a las condiciones deoperación y ambientales, como al empleo de determinados componentes, dentro de un bien definidocampo de viscosidades (en la gráfica Nº 2.5 éste se halla comprendido entre los límites 1 y 2 ). Sidentro del ámbito de las temperaturas de funcionamiento la viscosidad del aceite usado puederesultar excesiva o bien demasiado baja (curva A), se va al encuentro seguro de fenómenos decavitación, de influencia de llenado en frío, de fugas excesivas, e incluso de rotura de la películalubricante en caliente. El aceite bien elegido (curva B) cuando la amplitud del campo de temperaturas

21 tt obtenido del diagrama entre 1 y 2 comprende por entero el campo efectivo de temperaturasde servicio.


Gráfica Nº 2.5: Diagramas viscosidad – temperatura para dos tipos de aceite: A, aceite con bajo índice de viscosidad (inadecuado para transmisionesoleodinámicas); B, aceite con elevado índice de viscosidad (apto para transmisiones oleodinámicas)

No debe olvidarse, tampoco, que la viscosidad aumenta con la presión. Este fenómeno, quedebe atribuirse seguramente a un aumento de las reacciones tangenciales en el seno del líquido porefecto de las mayores tensiones perpendiculares debidas a la presión, se ha expresado gráficamenteen la gráfica Nº 2.5 . Se observa de todas maneras que el fenómeno sólo se hace verdaderamente

sensible por encima de 300 bar, por cuyo motivo es de limitado interés para aplicaciones prácticas.Gráfica Nº 2.5: Relación entre viscosidad cinemática y presión. Las curvas de trazo continuo

corresponden a un aceite de 21 cst (3°E); los trazos corresponden a un aceite de 40 cst (5,5°E). Seobserva que el fenómeno es más acusado para el aceite más viscoso y para las temperaturasinferiores.

2.2.11d - INDICE DE VISCOSIDAD

Una medida de qué tanto cambia la viscosidad de un fluido con la temperatura está dada porsu índice de viscosidad, referido en ocasiones como IV. Este es especialmente importante en losaceites lubricantes y en los fluidos hidráulicos que se utilizan en condiciones extremas detemperatura.

Los fluidos con alto índice de viscosidad, muestra un cambio pequeño de viscosidad conrespecto a la temperatura. Un fluido con un bajo índice de viscosidad exhibe un cambio grande en suviscosidad con respecto a la temperatura.


En la gráfica Nº 2.6 se muestran curvas típicas de aceites con índices de viscosidades de 50,100, y 140.

Gráfica N° 2.6: Curvas de índices de viscosidad típicas

El índice de viscosidad es determinado mediante la medición de la viscosidad de una muestra a 40 °Cy 100 °C, comparando estos valores con los de ciertos fluidos de referencia.

Los aceites que nos interesan deben pertenecer al primer tipo (índice de viscosidad por lomenos del orden de 80 a 100).

1- EXIGENCIAS SOBRE LOS FLUIDOS HIDRÁULICOS

Se imponen a éstos muchas exigencias. Los puntos importantes se incluyen en la siguiente lista.

Buena cualidad lubricante. No debe atacar el material. Buen comportamiento viscosidad - temperatura. Elevada resistencia térmica y a la oxidación. Compresibilidad reducida. Reducida tendencia a formar espuma. Elevada densidad. Buena capacidad de conducción térmica. Difícil inflamabilidad para aplicaciones especiales. Toxicidad nula. Costos reducidos. Buenas posibilidades de aprovechamiento. Bajo costo de mantenimiento. Descarte sin inconveniente.

2- CARACTERÍSTICAS DE FLUIDOS HIDRÁULICOS DE BASE MINERAL Y SUS CRITERIOS DE SELECCIÓN.

La correcta selección del aceite hidráulico es un prerrequisito para un correctofuncionamiento del equipo, cuyas condiciones de servicio deben verificarse.

Las cualidades del aceite hidráulico dependen de:


- El tipo de aceite de base.- El grado de refinación.- El tipo y cantidad de sustancias agregadas (aditivos)

Los fluidos con una buena fluidez en frío se producen de aceites para naftas. Se emplean enequipos que arrancan a bajas temperaturas y con máxima temperatura de hasta 30°C.Si la fluencia en frío no es el criterio decisivo de selección, se recomienda el empleo de fluidos conbase de parafinas que tienen una mayor resistencia a la oxidación y un mejor comportamientoviscosidad – temperatura.

Se producen sin embargo, predominantemente mezclas de aceite de base de naftas yparafinas con aceites aromáticos, para ampliar el rango de aplicación.

Los componentes indeseados del aceite, por ejemplo cadenas de azufre, se eliminan porrefinación. Mediante el agregado de sustancias especiales se mejoran las cualidades del aceitehidráulico, por ejemplo la protección contra el desgaste.

Las exigencias mínimas para el aceite hidráulico se establecen en DIN 51.524.

3- GRUPOS DE FLUIDOS HIDRÁULICOS

1)- Aceites HL según DIN 51.524 parte 1.Los aceites hidráulicos HL son aceites combinados en las cuales mediante sustancias activas se

mejoran la resistencia al envejecimiento y se aumenta la protección contra la corrosión.Se utilizan en equipos en los que se esperan temperaturas hasta 50°C y/o corrosión por

entrada de humedad.Se utilizan con limitaciones debido a que no contienen sustancias para reducir el desgaste. Las

limitaciones afectan la selección del equipo, sobre todo bombas y motores y el rango de presión. Unaindicación global no tiene sentido ya que los equipos son perfeccionados continuamente. Lasindicaciones correspondientes se encuentran en la información provista por el fabricante.

Los aceites hidráulicos que atacan el plomo o materiales que lo contengan, no deben serempleados aún cuando cumplimenten la especificación HL según DIN 51.524 parte 1. Sonprincipalmente aceites multiuso, por ejemplo aceites de bancada que contienen aceites grasos oésteres grasos.

2)- Aceites HLP según DIN 51.524 parte 2.Los aceites HLP ofrecen respecto de los HL una mejor protección contra el desgaste.

Contienen inhibidores de envejecimiento, aditivos anticorrosión y sustancias adicionales paradisminuir el desgaste en el caso de rozamiento múltiple, en el que por una lubricación insuficiente delas partes metálicas en contacto puede aparecer un desgaste excesivo.

La protección contra el desgaste se juzga con los ensayos según DIN 51.354 parte 2 y DIN51.389 parte 2. Los valores de medición no son comparables entre sí debido a las distintascondiciones de ensayo.

Tampoco deben utilizarse los aceites HLP cuando ataque el plomo o materiales que locontengan.3)- Aceites HV.

Para equipos sometidos a fuertes variaciones de temperatura o bajas temperaturasambientales, por ejemplo expuestos a la interperie, deben emplearse aceites con mayor índice deviscosidad (VI) denominados aceites HV. Algunos cumplen las exigencias de los aceites HLP segúnDIN 51.524 parte 2, pero tienen aditivos para mejorar el comportamiento viscosidad – temperatura(denominado mejorador VI). Los mejoradores VI pueden empeorar el comportamientodesmulsionante y la capacidad de eliminación de aire y son por ello recomendables sólo para equiposcon condiciones de temperatura conocidas.


4)- Aceites HLP-DEstos aceites contienen aditivos detergentes y dispersantes. Con estos aditivos se logra

desprender los sedimentos y mantener en suspención las impurezas (por ejemplo debidas aenvejecimiento y abrasión) contenidas en el aceite junto con el agua que hubiera ingresado.

Estas impurezas son eliminadas del aceite por filtración. Para ello se requiere incrementar lasuperficie de filtración (dimensionado a p=0,2 bar ) y disminuir la malla en nivel 1, por ejemplo, de20 a 10 m. De seto resulta por regla general una duplicación del tamaño del filtro de, por ejemplode TN 330 a TN 660.

El agua contenida puede reducir la protección contra el desgaste. No debe usarse por tantoaceites HLP-D cuando se cuenta con una intensa entrada de humedad.

Los distintos aceites HLP-D contienen ácidos grasos o ésteres de ácidos grasos que atacan elplomo o materiales que lo contienen. Su empleo no es admisible.

5)- Aceites no contaminantes.Con la creciente conciencia de la importancia del medio ambiente y disposiciones legales más

severas se requieren aceites no contaminantes, sobre todo para aplicación en móviles. Los fluidosbiológicamente degradables disponibles en el mercado pueden dividirse en dos grupos:

- Fluidos de base vegetal.- Fluidos de base glicol.

La selección del material de los equipos debe estar de acuerdo con los nuevos fluidos, porejemplo estabilidad de las juntas, tolerancia al plomo, pintura.

2.12 - GRADOS DE VISCOSIDAD SAE

La Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) ha desarrollado un sistema de valoración en aceitespara motor tabla 4 y lubricantes de engranajes y ejes tabla 5 que indica la viscosidad de los aceites atemperaturas específicas.

Grados deViscosidad

SAE

Baja temperatura – Viscosidaddinámica

Alta temperaturaViscosidad cinemática

A 100 °C (CSt) (3)Condición demanivela (1)(cP) Máx. a (°C)

Condición debombeo (2)(cP) Máx. a (°C)

Mínima Máxima

0W 3250 a –30 30000 a –35 3.8 --5W 3500 a –25 30000 a –30 3.8 --

10W 3500 a –20 30000 a –25 4.1 --15W 3500 a –15 30000 a –20 5.6 --20W 4500 a –10 30000 a –15 5.6 --25W 6000 a –5 30000 a –10 9.3 --20 -- -- 5.6 <9.330 -- -- 9.3 <12.540 -- -- 12.5 <16.350 -- -- 16.3 <21.960 -- -- 21.9 <26.1

Tabla4: Grados de viscosidad SAE de aceites para motor(1) Utilizando la norma modificada ASTM D2602(2) Utilizando ASTM D4684(3) Utilizando ASTM D445


Grado de viscosidadSAE

Temperaturamáxima viscosidad

dinámica de 150000cP (°C) (1)

Viscosidad cinemática a 100 °C (cSt) (2)Mínima Máxima

70W -55 4.1 --75W -40 4.1 --80W -26 7.0 --85W -12 11.0 --90 -- 13.5 <24.0

140 -- 24.0 <41.0250 -- 41.0 --

Tabla 5: Grados de viscosidad SAE para lubricantes de transmisiones de eje y manuales.

(1) Utilizando ASTM D2983(2) Utilizando ASTM D 445

Los aceites que tienen el sufijo W deben tener viscosidad cinemáticas en los intervalos indicadosa 100 °C. Los de multiviscosidad, como el SAE10 W-30, deben cumplir con las normas en lascondiciones de baja y de alta temperatura.

La especificación de valores de viscosidad máxima a baja temperatura para aceites estárelacionada con la capacidad del aceite para fluir hacia la superficie que necesitan lubricación, a lasvelocidades de motor que se alcanzan durante el inicio de funcionamiento a bajas temperatura. Laviscosidad del bombeo indica la capacidad del aceite para fluir hacia la entrada de la bomba de aceitede un motor. Las especificaciones del intervalo de viscosidades a altas temperaturas se relacionancon la capacidad del aceite de proporcionar una película de aceite satisfactoria para llevar las cargasesperadas mientras no se tenga una viscosidad excesivamente alta que pudiera aumentar la fricción ylas pérdidas de energía generadas por las partes en movimiento.Las normas siguientes se aplican a las clasificaciones SAE y a los métodos de prueba:

SAE J300: Clasificación de viscosidad de aceite para motor.SAE J306: Clasificación de viscosidad lubricante de transmisión manual y de eje.ASTM D445: Método estándar de prueba para viscosidad cinemática de líquidos transparentes yopacos.ASTM D446: Especificaciones estándar e instrucciones de operación para viscómetros cinemáticoscapilares de vidrio.ASTM D2602: Método de prueba estándar para viscosidad aparente de aceites para motor a bajatemperatura utilizado en simulador de manivela fría.ASTM D2983: Método de prueba para viscosidad aparente a baja temperatura utilizado en elviscómetro de Brookfield.ASTM D3829: Método de prueba estándar para predecir la temperatura de bombeo de frontera deaceite para motor.ASTM D4684: Método de prueba estándar para la determinación de la tensión de producción yviscosidad aparente de aceite para motor a baja temperatura.

La obtención de un alto índice de viscosidad en un aceite, a menudo requiere la mezcla demateriales poliméricos con petróleo.

GRADO DE VISCOSIDAD ISO

La figura muestra la representación gráfica de los valores límites de las clases de viscosidadesISO según DIN 51.519 “clasificación de viscosidad ISO para lubricantes fluidos”.La medida para la variación de viscosidad es el índice de viscosidad que se determina según DIN2909.


Esto se hace que se utilicen aceites HV, los que se desarrollan para grandes variaciones detemperaturas ambientes.

Fig. 5 Viscosidad – temperatura

Las clases de viscosidades para aceites hidráulicos están reunidas en la norma DIN 51.519originada como apoyo de la ISO 3.448. Lo mismo ocurre en DIN 51.524 con las clases de viscosidadesISO VG 10, 22, 32, 46, 68, y 100.

Clases deviscosidadSegún ISO

Viscosidadmedia para

40°C segmm /2

(cst)

Límites de laviscosidad cinemática

para 40°Csegmm /2 (cst)

ISO VG 10 10 9.0 11.0ISO VG 22 22 19.8 24.2ISO VG 32 32 28.8 35.2ISO VG 46 46 41.1 50.6ISO VG 68 68 41.2 74.8

ISO VG 100 100 90.0 110.0Clases de viscosidades según ISO

Los lubricantes que se utilizan en aplicaciones industriales deben estar disponibles en unamplio intervalo de viscosidades, para cumplir con las necesidades de maquinarias de producción,cojinetes, accionadores de engranajes, máquinas eléctricas, ventiladores y sopladores, sistemas de


potencia de fluido, equipo móvil, y muchos otros dispositivos. Los diseñadores deben asegurarse deque el lubricante puede soportar las temperaturas a las que se le va a someter mientras desarrollanuna capacidad suficiente de traslado de peso. Por consiguiente se tiene necesidad de una ampliavariedad de viscosidades.

Para cumplir con tales requerimientos y seguir teniendo un cierto número de opcionesmanejables y económicas, la norma ASTM D2422, Clasificación estándar de lubricantes fluidosindustriales por sistema de viscosidad, define un conjunto de 18 grados de viscosidad ISO, Ladesignación estándar incluye el prefijo ISO VG seguido por un número que representa la viscosidadnominal en cSt smm /2 para una temperatura de 40 °C. La tabla 6 se presentan los datos. Losvalores máximos y mínimos son mas menos un 10% el nominal. Aunque la norma es voluntaria, laintención es animar a los productores y usuarios de lubricantes a estar de acuerdo con lasespecificaciones en todos los mercados del mundo.

Grado ISO VG Viscosidad cinemática a 40 °C (cSt)Nominal Mínimo Máximo

2 2.2 1.98 2.403 3.2 2.88 3.525 4.6 4.14 5.067 6.8 6.12 7.48

10 10 9.00 11.015 15 13.5 16.522 22 19.8 24.232 32 28.8 35.246 46 41.4 50.668 68 61.2 74.8

100 100 90.0 110150 150 135 165220 220 198 242320 320 288 352460 460 414 506680 680 612 748

1000 1000 900 11001500 1500 1350 1650

Tabla 6: Grados de viscosidad ISO

CAP˝TULO N” 2 FLUIDOS HIDR`ULICOS -...

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