No olvides la Teoria de Polimeros, son los Constituyentes de las Grasas Industriales

El lubricante es un elemento de notable importancia para garantizar una óptima condición en maquinaria. Conocer los detalles sobre su origen, morfología y modo de comportamiento será el objeto de la entrada de hoy. En ese sentido, recordar que ya se analizó con detalle en la entrada de tribologia los diferentes modos de fricción existentes cuando hablamos de rodadura entre superficies. Ahora, analizaremos fundamentalmente la teoria de polimeros termoplasticos como constituyentes básicos de cualquier grasa utilizada en el entorno industrial.

Teoria de Polimeros

Es una molécula de peso molecular elevado constituida por muchas unidades estructurales idénticas entre sí.

Sus usos en la vida cotidiana son variados, desde aplicaciones para materiales estructurales o productos de decoración, por ejemplo. Este compuesto se forma por la adición de varias moléculas base conocidas como mero, que unidos forman un Polímero.

Ejemplo de Mero

teoria de polimeros termoplasticos

A la estructura anterior se la conoce químicamente como grupo funcional.

Ejemplo de Polimeros

teoria de polimeros termoplasticos

Reacción Química

La reacción anterior ha de ser controlada mediante una serie de agentes, pese a ello con aparición de subproductos en ocasiones, con variadas estructuras (mono, bi o tridimensionales) que afectan a sus propiedades físicas como lubricante.

Propiedades Básicas

En definitiva, son moléculas orgánicas formadas por largas cadenas, por lo que su Peso Molecular es muy elevado, y presentando por ello las siguientes propiedades básicas:

Buenas características como Aislante

Propiedades Anti-Corrosivas

Elevada estabilidad

Resistencia Mecánica medio-baja

Inadecuado comportamiento a elevadas temperaturas

Uniones en Polimeros

Este tipo de uniones se producen de manera natural mediante la formación de enlaces covalentes que son aquellos basados en la unión de dos átomos con similar tendencia a ganar y a perder electrones (a unos les sobra, a otros les falta), por lo que estos son compartidos entre átomos. Como consecuencia aparecerán fuerzas de atracción inicialmente, y repulsión finalmente que hacen que los átomos unidos permanezcan en una situación de equilibrio de energía. Para cada unión existirá, por tanto, el concepto de distancia del enlace que depender básicamente en su cuantía del tipo de material.

Distancia de Enlace

Se trata de una distancia promedio que puede romperse por una perturbación, donde decíamos que se trata de un fenómeno similar al existente entre 2 bolas conectadas por un resorte. La temperatura influye en el equilibrio mencionado, pues a bajas temperaturas, el átomo de hidrógeno se encuentra en su estado vibratorio fundamental (mínima energía), mientras que a elevadas temperaturas la energía es máxima generándose inestabilidad en los enlaces indicados incluso pudiéndose romper.

Tipos de Polimeros

Los polímeros se clasifican atendiendo a diferentes criterios, pero el que más nos puede interesar por el alcance y objeto de la entrada es el que los clasifica por su comportamiento frente a la temperatura, distinguiéndose los siguientes grandes grupos:

Polimeros Termoplasticos

Se trata de compuestos que permiten su conformado mediante efectos combinados de Presión y Temperatura. En este caso, la formación de esa gran molécula se ha realizado por adición, es decir:

Dos moleculas A y B se unen para formar una C, sin la presencia de Subproductos

Polimeros Hidro o Duroplásticos

En general, no admiten deformación debido a su proceso de formación, pues en este la reacción se realiza por condensación, es decir:

Dos moléculas A y B se unen para formar una C, con la presencia de Subproductos

Polimeros TermoEstables

Se trata de un tipo de polímero que resiste bien las temperaturas elevadas, pudiendo ser cualquiera de los 2 anteriores.

Química del Polímero

Se trata de la rama que estudia la mejora en las capacidades del compuesto resultante mediante la adición de componentes sintéticos. Las propiedades que se consiguen mejorar son básicamente las siguientes:

  1. Estabilidad. Mejora de su comportamiento ante ácidos y alcalinos.
  2. Propiedades Mecánicas. Mejorar sus características de elasticidad ante las tensiones de conversión y de flexión.
  3. Mejorar su comportamiento a elevadas temperaturas.

Lubricación y Polimeros

Parece claro que por las características que se le puede exigir a un lubricante este ha de estar dentro de los polimeros termoplasticos; efectivamente así es si bien para estos cabría distinguir a su vez dos modos de comportamiento:

Plástico

Se produce una distorsión excesiva en el lubricante con deformaciones permanentes al superarse las fuerzas de enlace entre cadenas y sin posibilidad de retorno a la posición original.

Elástico

Se debe a una distorsión “natural” de los elementos de unión en las estructuras de los materiales, retornando siempre el lubricante a su posición inicial.

Evidentemente, el lubricante elegido habrá de presentar la primera de las características, dependiendo a su vez el nivel de deformación elástica de la viscosidad, mayor cuanto menor sea esta. Además, los que hayáis trabajado con grasas y lubricantes sabéis que la viscosidad depende de la temperatura, siendo su relación exponencial.

¿Relación entre Viscosidad y Temperatura?

teoria de polimeros termoplasticos

donde:

teoria de polimeros termoplasticos

de valor constante para cada polimero termoplastico, mientras que:

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Por tanto en base a la fórmula indicada se puede afirmar que:

Viscosidad y Temperatura son inversamente proporcionales

Lubricantes y Temperatura

Los polimeros termoplasticos presentan un rango de temperaturas de trabajo, más allá de su comportamiento viscoso puesto que están basados en la estructura molecular comentada. Estas temperaturas límite son:

Temperatura de Fusión (Tf)

Se trata de un límite inferior, puesto que:

Por debajo de Tf el polímero solidificateoria de polimeros termoplasticos

si bien su comportamiento elástico depende de que la velocidad de enfriamiento sea rápida. Caso de tener una velocidad de enfriamiento lenta el comportamiento del lubricante sería crítico puesto que pasaría a comportarse como un cristal.

Temperatura de Degradación del Polimero (Tp)

Se trata de un límite superior, puesto que:

Por encima de Tp el polímero es moldeable pero con dificultad

Temperatura de Transición Vítrea (Ttv)

Se trata de un valor siempre superior al Tp pero que marca un doble límite, puesto que:

Por debajo de Ttv se comporta como un material vítreo, mientras que por encima de ella falla. 

Conclusiones

En definitiva, se ha de entender que el comportamiento de un lubricante en la medida que polimero se basa en el tipo de cohesión existente a nivel molecular. En este caso, el enlace se basa en la existencia de una determinada energía de activación a nivel molecular, asociada a un cierto nivel de energía potencial en las moléculas del sistema. En el caso de un sistema dinámico donde el lubricante actúa como un elemento de atenuación de los niveles de fricción, la propia carga existente actuará como catalizador de ese adecuado comportamiento.

¿Puede fallar una Grasa?

  • No parece probable por la existencia de unos determinados niveles de carga (bajos o altos), o de viscosidad por cambios en la temperatura. De hecho, estas variables determinan un modo u otro de actuar en el polimero termoplastico como lubricante, pero siempre con unas características de actuación óptimas, alejadas en cualquier caso de los límites anteriormente indicados.

NO

  • Si se ha contaminado por entradas de impurezas desde el exterior existirá degradación sobre las superficies de rodadura lubricadas, pero a nivel molecular el polimero puede reaccionar con el parásito pudiendo perder parte de las propiedades deseables de los polimeros termoplasticos.

SI

  • Si una grasa no se cambia, se producirán rupturas de enlaces a nivel molecular con la degradación y perdida de funcionalidad del mismo. Por eso, las grasas se han de cambiar cada cierto tiempo.

SI

Ultrasonido

Es decir, partiendo de que el programa de lubricación en planta sea el adecuado ese modo de fallo contaminación del lubricante puede ser dañino para la máquina y generar el fallo sobre el activo correspondiente. Será necesario controlar esa posible presencia de contaminantes, pese a que  se revisa habitualmente diseño de muchos elementos de estanqueidad dañados por stress y suciedad ambiental, pero resulta difícil “dar con la tecla” en la elección del material o dispositivo adecuado.

La técnica de mantenimiento predictivo más fiable, para este caso, es el ultrasonido sin lugar a dudas. La combinación de las funcionalidades indicadas en la entrada de detector de ultrasonidos con la interpretación de la salida de audio permite detectar esas anomalías de comportamiento para diferentes cargas o RPM en el rodamiento. Para ello se ha de conocer el tipo de comportamiento del polimiero termoplastico ante la carga y rpm del rodamiento y conocer las características de todas las fuerzas que actúan sobre la máquina pues mostrarán sus trazas más característica en la firma ultrasónica. Es decir, sería conveniente adquirir:

Un equipo de ultrasonidos y un adecuado nivel de formación en la tecnología, y en la maquinaria más crítica de vuestra instalación

¿Saber más sobre Polimeros Termoplasticos?

Ese debe eser el objetivo pues esto no es más que una introducción, y se trata de la base de todo lubricante industrial. Las grasas luego se mejoran con aditivos, relacionándose todo ello con sus características base que te he resumido en este artículo.teoria de polimeros termoplasticos

Por otro lado, ¿Qué experiencias has tenido con grasas? ¿Has tenido problemas con ellas? Me encantaría conocer tus vivencias y poder ayudarte en la medida que pueda desde el portal. Por favor, utiliza la sección de comentarios.

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