Tutor Parte 1

7/24/2019 Tutor Parte 1

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TUTOR DE TRIBOLOGAPRIMERA PARTE

INTRODUCCIN A LA TRIBOLOGIA

LAURA DEL PILAR MESA VLEZ

DirectorLUIS EDUARDO BENTEZ HERNANDEZ

Ingeniero Mecnico, MBAProfesor Titular, Maestro Universitario

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERA

DEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA Y MECATRONICABOGOTA D.C.


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2005

TABLA DE CONTENIDO

pg.

1 TRIBOLOGA. DEFINICIONES E HISTORIA.............................................20

1.1 DEFINICIONES .....................................................................................20

1.2 HISTORIA.............................................................................................21

2 FRICCIN Y TIPOS DE FRICCIN, LEYES ...............................................23

2.1 TIPOS DE FRICCIN EXTERNA..............................................................23

2.2 FUERZA DE FRICCION...........................................................................24

2.2.1 Coeficiente de Friccin .........................................................................24

2.3 ESTADOS DE FRICCION ........................................................................25

2.3.1 Friccin Slida ....................................................................................252.3.1.1 Pura..................................................................................................25

2.3.1.2 Leyes de la friccin metal-metal por deslizamiento...................................25

2.3.1.3 Leyes de la friccin metal-metal por rodadura. ........................................26

2.3.1.4 Seca. ................................................................................................26

2.3.2 Friccin Fluida ....................................................................................27

2.3.2.1 Hidrodinmica. ...................................................................................27

2.3.2.2 Hidroesttica. .....................................................................................27

2.3.3 Friccin Gaseosa .................................................................................27

2.3.3.1 Aerodinmica. ....................................................................................27

2.3.3.2 Aerosttica.........................................................................................27

2.3.4 Friccin Mixta .....................................................................................28

2.4 FACTORES QUE CONDICIONAN LA FRICCION .......................................28


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2.5 FORMAS DE REDUCIR LA FRICCIN......................................................29

3 DESGASTE Y TIPOS DE DESGASTE. CAUSAS Y SOLUCIONES...................30

3.1 TIPOS DE DESGASTE ............................................................................30

3.1.1 Pulimentado .......................................................................................30

3.1.2 Adhesivo............................................................................................31

3.1.2.1 Causas. .............................................................................................31

3.1.2.2 Soluciones. ........................................................................................32

3.1.3 Erosivo ..............................................................................................33

3.1.3.1 Soluciones. ........................................................................................33

3.1.4 Corrosivo ...........................................................................................33

3.1.4.1 Causas. .............................................................................................34

3.1.4.2 Soluciones. ........................................................................................35

3.1.5 Abrasivo ............................................................................................35

3.1.5.1 Causas. .............................................................................................36

3.1.5.2 Soluciones. ........................................................................................36

3.1.6 Por cavitacin.....................................................................................36

3.1.6.1 Causas. .............................................................................................37

3.1.6.2 Soluciones. ........................................................................................373.1.7 Por corrientes elctricas .......................................................................38

3.1.7.1 Causas. .............................................................................................38

3.1.7.2 Soluciones. ........................................................................................38

3.1.8 Por fatiga superficial (pitting)................................................................39

3.1.8.1 Causas. .............................................................................................39

3.1.8.2 Soluciones. ........................................................................................39

3.2 SOLUCIONES GENERALES.....................................................................40

4 LUBRICACIN. DEFINICIN Y TEMAS GENERALES.................................41

4.1 PRINCIPIOS BSICOS DE LA LUBRICACIN.........................................41

4.2 VISCOSIDAD ........................................................................................41


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4.2.1 Viscosidad absoluta o dinmica .............................................................41

4.2.2 Viscosidad cinemtica ..........................................................................43

4.2.3 Lquidos Newtonianos ..........................................................................44

4.2.4 Lquidos no Newtonianos......................................................................44

4.2.5 Tablas para conversin de la viscosidad..................................................45

4.3 FACTORES QUE AFECTAN LA LUBRICACION..........................................47

4.4 REGIMENES DE LUBRICACIN..............................................................48

4.4.1 Lubricacin lmite ................................................................................48

4.4.2 Lubricacin mixta................................................................................49

4.4.3 Lubricacin hidrodinmica ....................................................................50

4.4.4 Lubricacin elastohidrodinmica............................................................51

4.4.5 Lubricacin hidrosttica........................................................................524.5 PROPIEDADES FSICAS DE LOS LUBRICANTES.....................................53

4.5.1 Propiedades fsicas de los aceites ..........................................................53

4.5.1.1 Gravedad especfica.............................................................................53

4.5.1.2 Color o fluorescencia. ..........................................................................53

4.5.1.3 Viscosidad..........................................................................................53

4.5.1.4 ndice de viscosidad. ...........................................................................54

4.5.1.5 Rigidez dielctrica. ..............................................................................54

4.5.2 Propiedades trmicas de los aceites .......................................................544.5.2.1 Punto de inflamacin o chispa. ..............................................................54

4.5.2.2 Punto de combustin. ..........................................................................55

4.5.2.3 Punto de fluidez. .................................................................................55

4.5.2.4 Punto de floculacin. ...........................................................................55

4.5.2.5 Punto de congelamiento y de enturbamiento...........................................55

4.5.3 Propiedades qumicas de los aceites.......................................................56

4.5.3.1 Residuos de carbn. ............................................................................56

4.5.3.2 Contenido de cenizas sulfatadas. ...........................................................56

4.5.3.3 Nmero de neutralizacin (TAN)............................................................56

4.5.3.4 Nmero bsico total (TBN). ..................................................................57

4.5.3.5 Punto de anilina. .................................................................................57

4.5.3.6 Corrosin al cobre. ..............................................................................57

4.5.3.7 Herrumbre. ........................................................................................57


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4.5.4 Propiedades superficiales de los aceites..................................................58

4.5.4.1 Demulsibilidad. ...................................................................................58

4.5.4.2 Aeroemulsin o atrapamiento de aire. ....................................................58

4.5.4.3 Formacin de espuma..........................................................................58

4.5.4.4 Tensin interfacial. ..............................................................................58

4.5.5 Propiedades fisico-qumicas de las grasas ...............................................59

4.5.5.1 Consistencia.......................................................................................59

4.5.5.2 Viscosidad aparente.............................................................................59

4.5.5.3 Punto de goteo. ..................................................................................59

4.5.5.4 Estabilidad mecnica. ..........................................................................59

4.5.5.5 Color.................................................................................................60

4.5.5.6 Aspecto. ............................................................................................60

4.5.5.7 Proteccin contra la corrosin. ..............................................................60

4.5.5.8 Estabilidad a la oxidacin. ....................................................................60

4.5.5.9 Resistencia al lavado por agua. .............................................................60

4.5.5.10 Prdida por evaporacin. ..................................................................61

4.6 ANALISIS FISICO-QUIMICO DEL ACEITE..............................................61

4.6.1 Gravedad API en productos del petrleo (ASTM D287)..............................61

4.6.2 Densidad de materiales viscosos por picnmetro (ASTM D1480) ................62

4.6.3 Punto de llama y combustin en cpsula abierta (ASTM D92) ....................62

4.6.4 Viscosidad Saybolt Universal Furol (ASTM D88).....................................63

4.6.5 Viscosidad (ASTM D88 y ASTM D445) ....................................................64

4.6.6 ndice de viscosidad (ASTM D567).........................................................65

4.6.7 Punto de nebulosidad y fluidez (ASTM D97) ............................................66

4.6.8 Escalas de colores ...............................................................................66

4.6.9 Corrosin del acero (ASTM D665) ..........................................................68

4.6.10 Corrosin en lamina de cobre (ASTM D130) ............................................69

4.6.11 Nmero de neutralizacin por indicador de color (ASTM D974) ..................70

4.6.12 Estabilidad a la oxidacin (ASTM D943)..................................................714.6.13 Cenizas sulfatadas en aceites y aditivos (ASTM D874 ) .............................72

4.6.14 Demulsibilidad ( ASTM D 1401 y ASTM D 2711 )......................................73

4.6.15 Caractersticas espumantes (ASTM D892)...............................................74

4.6.16 Tensin interfacial (ASTM D971)............................................................75

4.6.17 Agua en productos del petrleo (ASTM D95) ...........................................76


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4.6.18 Dilucin de los aceites para carter (ASTM D322)......................................77

4.6.19 Insolubles en pentano y benceno (ASTM D893) .......................................78

4.6.20 Anlisis qumico de metales en aceites nuevos y usados (ASTM D811)........79

4.6.21 Resistencia dielctrica (ASTM D877 y D1816)..........................................80

4.6.22 Prueba de desgaste con cuatro esferas (ASTM D2266) y prueba de

presin con cuatro esferas (ASTM D2596) ..........................................................81

4.6.23 Pruebas Timken de extrema presin (ASTM D2782 y ASTM D2509)............82

4.6.24 Penetracin en grasas lubricantes (ASTM D217) ......................................83

4.6.25 Punto de goteo de la grasa (ASTM D566 y ASTM D2265) ..........................85

4.6.26 Punto de anilina (ASTM D611)...............................................................86

4.6.27 Destilacin de productos del petrleo (ASTM D86) ...................................87

4.6.28 Presin de vapor Red (ASTM D323).......................................................89

4.6.29 Goma en la gasolina (ASTM D381).........................................................91

4.6.30 Residuo de carbn Conradson (ASTM D189)............................................92

4.6.31 Calor de combustin (ASTM D240) ........................................................93

4.6.32 Azufre en productos del petrleo (ASTM D129)........................................94

4.7 CLASIFICACIN DE LOS LUBRICANTES (AUTOMOTRICES E

INDUSTRIALES)............................................................................................95

4.7.1 Lubricantes industriales........................................................................95

4.7.1.1 Sistema ISO.......................................................................................95

4.7.1.1.1 Ejemplo de aplicacin. ....................................................................96

4.7.1.2 Sistema AGMA....................................................................................98

4.7.1.3 Sistema ASTM. ...................................................................................99

4.7.2 Lubricantes automotrices ...................................................................100

4.7.2.1 Sistema SAE.....................................................................................100

4.7.2.1.1 Aceites para motores de combustin interna. ...................................100

4.7.2.1.2 Aceites para engranajes automotores.............................................. 103

4.7.2.2 Sistema API. ....................................................................................104

4.8 EQUIVALENCIAS ENTRE SISTEMAS DE CLASIFICACIN DE LA

VISCOSIDAD...............................................................................................108

4.9 FORMULACIN DE LOS LUBRICANTES ................................................112

4.9.1 Bases lubricantes ..............................................................................112


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4.9.1.1 Parafnicas. ......................................................................................113

4.9.1.2 Naftnicas........................................................................................114

4.9.1.3 Aromticas....................................................................................... 115

4.9.2 Aditivos ...........................................................................................116

4.9.2.1 Mejoradores de propiedades fsicas......................................................116

4.9.2.1.1 Mejoradores del ndice de Viscosidad (IV)........................................ 116

4.9.2.1.2 Depresores del punto de fluidez......................................................117

4.9.2.2 Mejoradores de propiedades qumicas. .................................................118

4.9.2.2.1 Inhibidores de la oxidacin. ...........................................................118

4.9.2.2.2 Inhibidores de la corrosin.............................................................119

4.9.2.2.3 Inhibidores de la herrumbre...........................................................119

4.9.2.2.4 Antiemulsionantes........................................................................120

4.9.2.3 Mejoradores de propiedades fisico-qumicas..........................................121

4.9.2.3.1 Detergente-dispersante.................................................................121

4.9.2.3.2 Antiespumantes. ..........................................................................122

4.9.2.3.3 Antidesgaste. ..............................................................................122

4.9.2.3.4 Extrema presin EP. .....................................................................122

4.9.2.3.5 De untuosidad. ............................................................................126

5 COMPORTAMIENTO TRIBOLGICO DE LOS EQUIPOS ...........................127

5.1 ENCONTRAR LA MEJOR MANERA DE APLICAR EL LUBRICANTE

APROPIADO................................................................................................127

5.2 APLICAR EL LUBRICANTE EN EL LUGAR REQUERIDO, EN LA

CANTIDAD CORRECTA Y EN EL MOMENTO PRECISO....................................128

5.3 APLICAR EL LUBRICANTE AL MENOR COSTO ......................................129

5.4 APLICAR EL LUBRICANTE CON EL MAYOR VALOR AGREGADO

POSIBLE .....................................................................................................130

6 PROGRAMAS TRIBOLGICOS ...............................................................132


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6.1 PROGRAMA DE LUBRICACIN PRODUCTIVA.......................................133

6.1.1 Lubricacin correctiva ........................................................................134

6.1.1.1 Personal de lubricacin. .....................................................................134

6.1.1.2 Cartas de lubricacin. ........................................................................1346.1.1.3 Rtulos y pancartas metlicas.............................................................135

6.1.1.4 Vlvulas de drenaje. ..........................................................................135

6.1.1.5 Sistemas de ventilacin...................................................................... 136

6.1.1.6 Indicador del nivel de aceite. ..............................................................136

6.1.1.7 Carro porttil de lubricacin................................................................ 136

6.1.1.8 Aceiteras de 1 y de 5 galones de capacidad...........................................136

6.1.1.9 Cuarto de lubricantes......................................................................... 136

6.1.1.10 Pistolas engrasadoras.....................................................................137

6.1.1.11 Marca de lubricantes. .....................................................................137

6.1.2 Lubricacin preventiva .......................................................................137

6.1.2.1 Programa sistematizado de lubricacin. ................................................138

6.1.2.2 Metodologa para el manejo del programa sistematizado de

lubricacin...................................................................................................138

6.1.3 lubricacin predictiva.........................................................................139

6.1.3.1 Ruta de Tribologa. ............................................................................140

6.1.3.2 Monitoreo de rodamientos. .................................................................140

6.1.3.3 Anlisis Fsico - Qumico del aceite y Conteo de Partculas segn

ISO 4406. ...................................................................................................141

6.1.4 Lubricacin Proactiva.........................................................................141

6.1.4.1 Anlisis de los registros histricos........................................................ 141

6.1.4.2 Programas de ahorro de energa..........................................................142

6.1.5 Gestin Ambiental.............................................................................142

6.1.6 Capacitacin.....................................................................................143

6.2 BENEFICIOS DE LOS PROGRAMAS DE LUBRICACIN PRODUCTIVA....143

7 TRIBOLOGA Y LUBRICACIN COMO FUENTES DE PRODUCTIVIDAD....145

7.1 CONSERVACIN DEL MEDIO AMBIENTE Y PRESERVACIN DE LOS

RECURSOS NO RENOVABLES.......................................................................147


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7.2 CONTROL DE LA FRICCION Y REDUCCIN DEL DESGASTE..................148

7.3 AHORRO DE ENERGIA.........................................................................149

8 CURVA TRIBOLGICA Y CICLOS DE VIDA DE LAS MQUINAS ..............150

8.1 CURVAS TRIBOLOGICAS.....................................................................150

8.1.1 Etapa improductiva o asentamiento del mecanismo................................150

8.1.2 Etapa productiva o vida a la fatiga del mecanismo .................................152

8.1.3 Etapa final o remanente del mecanismo ...............................................153

8.2 CURVA TRIBOLOGICA POSITIVA Y NEGATIVA DE UN MECANISMO.....153

9 TRIBOLOGA AMBIENTAL.....................................................................156

9.1 LUBRICANTES ECOLGICOS...............................................................157

9.1.1 DISPOSICION FINAL DE LOS ACEITES..................................................157

9.1.1.1 Reprocesamiento. .............................................................................158

9.1.1.2 Re-refinamiento................................................................................158

9.2 LUBRICANTES BIODEGRADABLES.......................................................159

9.2.1 PRUEBA PARA MEDIR LA BIODEGRADABILIDAD..................................... 159

9.2.1.1 Prueba EPA 560/6-82-003. .................................................................159

9.2.1.2 Prueba CEC-L-33-T-82.......................................................................160

9.3 LUBRICANTES NO TOXICOS................................................................161

9.3.1 Prueba EPA 560/6-82-002 ..................................................................161

9.3.2 Prueba WHC.....................................................................................161

10 AHORRO DE ENERGA CON LA TRIBOLOGA.........................................163

10.1PUESTA EN MARCHA Y OPERACIN DE UN MECANISMO.....................163

10.2TIPOS DE LUBRICACIN.....................................................................164

10.3TIPOS DE LUBRICANTES.....................................................................165


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10.3.1 Lubricacin lmite ..............................................................................165

10.3.2 Lubricacin fluida ..............................................................................166

10.3.3 Lubricacin Elastohidrodinmica (EHL) .................................................166

10.4CALCULO DEL AHORRO DE ENERGA EN UN EQUIPO ..........................167

10.4.1 Clculo del tipo de pelcula lubricante...................................................167

10.4.2 Clculo del consumo de energa para diferentes tipos de mecanismos.......167

10.4.2.1 Rodamientos................................................................................. 167

10.4.2.2 Cojinetes lisos...............................................................................168

10.4.2.3 Reductores de velocidad. ................................................................168

10.4.3 COEFICIENTES DE FRICCIN..............................................................169

10.4.4 EJEMPLOS DE APLICACIN.................................................................171

10.4.4.1 Ejemplo No. 1. ..............................................................................171

10.4.4.2 Ejemplo No. 2. ..............................................................................172

10.4.4.3 Ejemplo No. 3. ..............................................................................174

11 IDENTIFICACION, SELECCIN Y MEZCLAS DE LUBRICANTES...............177

11.1 IDENTIFICACION DE LOS LUBRICANTES ............................................177

11.2SELECCIN DE LOS LUBRICANTES......................................................181

11.2.1 Factores de seleccin de la viscosidad del lubricante...............................183

11.2.2 Condiciones de operacin del equipo....................................................184

11.2.3 Seleccin de un aceite lubricante......................................................... 184

11.2.3.1 Pasos para recomendar el aceite de un equipo...................................186

11.2.4 SELECCIN DE LAS GRASAS...............................................................187

11.2.4.1 Ventajas de las grasas....................................................................187

11.2.4.2 Desventajas de las grasas .............................................................. 188

11.2.4.3 Parmetros de seleccin de las grasas. .............................................189

11.2.5 SELECCIN DE LUBRICANTES SINTETICOS...........................................19011.2.5.1 Aspectos que se deben tener en cuenta al implementar un

lubricante sinttico. ......................................................................................193

11.3MEZCLA DE LUBRICANTES ..................................................................193

11.3.1 INCOMPATIBILIDADES ENTRE ACEITES................................................194


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11.3.2 PROCEDIMIENTO PARA MEZCLAR DOS ACEITES INDUSTRIALES .............. 195

11.3.2.1 Ejemplo No 1. ...............................................................................198

11.3.2.2 Ejemplo No 2. ...............................................................................199

12 LUBRICANTES SINTTICOS..................................................................200

12.1CARACTERSTICAS Y VENTAJAS.........................................................201

12.2CLASIFICACIN..................................................................................203

12.2.1 Industriales......................................................................................203

12.2.2 Automotores .................................................................................... 204

12.3TIPOS.................................................................................................204

12.3.1 HIDROCARBUROS SINTETIZADOS (SHC - CHEMISTRY OF SINTHESIZED

HYDROCARBONS).........................................................................................204

12.3.1.1 Olefinas oligomricas o polialfaolefinas (PAO). ...................................205

12.3.1.1.1 Propiedades. ...............................................................................205

12.3.1.1.2 Aplicaciones. ...............................................................................206

12.3.1.2 Aromticos alquilatados..................................................................207

12.3.1.2.1 Propiedades. ...............................................................................207

12.3.1.2.2 Aplicaciones. ...............................................................................207

12.3.1.3 Polibutenos...................................................................................208

12.3.1.3.1 Aplicaciones. ...............................................................................208

12.3.1.4 Cicloalifticos. ...............................................................................208

12.3.1.4.1 Aplicaciones. ...............................................................................209

12.3.2 ESTERES ORGNICOS .......................................................................209

12.3.2.1 Esteres de cidos dibsicos. ............................................................210

12.3.2.1.1 Propiedades. ...............................................................................210

12.3.2.1.2 Aplicaciones. ...............................................................................210

12.3.2.2 Esteres de poliol (o esteres de neopentil). .........................................21012.3.2.2.1 Propiedades. ...............................................................................211

12.3.2.2.2 Aplicaciones. ...............................................................................211

12.3.3 POLIGLICOLES..................................................................................212

12.3.3.1 Propiedades. .................................................................................213

12.3.3.2 Aplicaciones..................................................................................214


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12.3.4 ESTERES DE FOSFATO Y ACIDO FOSFRICO......................................... 215

12.3.4.1 Propiedades. .................................................................................216

12.3.4.2 Aplicaciones..................................................................................216

12.3.5 SILICONAS....................................................................................... 216

12.3.5.1 Propiedades. .................................................................................217

12.3.5.2 Aplicaciones..................................................................................217

12.3.6 ESTERES DE SILICATOS..................................................................... 217

12.3.6.1 Aplicaciones..................................................................................217

12.3.7 ESTERES DE POLIFENIL .....................................................................218

12.3.7.1 Aplicaciones..................................................................................218

12.3.8 FLUOROCARBONOS...........................................................................218

12.3.9 COMPUESTOS DE BORATOS................................................................ 218

12.4EJEMPLO DE APLICACIN...................................................................220

13 LUBRICANTES SLIDOS Y GRASAS. .....................................................221

13.1 LUBRICANTES SOLIDOS .....................................................................221

13.1.1 Grafito............................................................................................. 222

13.1.2 Bisulfuro de molibdeno (MoS2) ............................................................223

13.1.3 Bisulfuro de tungsteno .......................................................................22613.1.4 Bentonita.........................................................................................226

13.1.5 Silicona ...........................................................................................226

13.2GRASAS..............................................................................................226

13.2.1 Espesadores.....................................................................................228

13.2.1.1 Sodio. ..........................................................................................230

13.2.1.2 Calcio. .........................................................................................230

13.2.1.3 12-hidroxyestearato de calcio..........................................................230

13.2.1.4 Complejos de calcio. ......................................................................23013.2.1.5 Litio o multpropsito. ....................................................................231

13.2.1.6 Compleja de litio. ..........................................................................231

13.2.1.7 Aluminio....................................................................................... 231

13.2.1.8 Compleja de aluminio.....................................................................231

13.2.1.9 Bario. ..........................................................................................231


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13.2.1.10 Base mixta..................................................................................232

13.2.1.11 Sin jabn metlico. ......................................................................232

13.2.1.12 Bisulfuro de molibdeno (MoS2). ......................................................232

13.2.1.13 Poliurea......................................................................................232

13.2.1.14 Bentonita.................................................................................... 233

13.2.1.15 Sintticas. ..................................................................................233

13.2.2 ACEITE BASE....................................................................................233

13.2.3 CONSISTENCIA DE LAS GRASAS .........................................................234

14 OTROS TIPOS DE LUBRICANTES (VEGETALES, ETC) .............................236

14.1ACIDOS GRASOS.................................................................................236

14.1.1 LUBRICANTES DE ORIGEN VEGETAL ....................................................237

14.1.1.1 Colza. ..........................................................................................238

14.1.1.2 Soya............................................................................................239

14.1.1.3 Canola. ........................................................................................239

14.1.1.4 Girasol. ........................................................................................239

14.1.1.5 Jojoba.......................................................................................... 239

14.1.1.6 Ricino. .........................................................................................240

14.1.2 LUBRICANTES DE ORIGEN ANIMAL......................................................241

14.2 LUBRICANTES COMPUESTOS O COMPOUND........................................241

14.3MATERIALES AUTOLUBRICADOS ........................................................244

BIBLIOGRAFIA............................................................................................246


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LISTA DE TABLAS

pg.

Tabla 4-1 Clasificacin de la viscosidad en el Sistema ISO......................................... 96Tabla 4-2 Rangos de la viscosidad en el Sistema AGMA ............................................ 99Tabla 4-3 Rangos mnimo y mximo de la viscosidad en el Sistema ASTM..................100Tabla 4-4 Clasificacin SAE J300 para aceites ungrados para motores de combustininterna..............................................................................................................101Tabla 4-5 Clasificacin SAE para vehculos livianos..................................................103Tabla 4-6 Viscosidad de los aceites para engranajes automotores, segn la normaSAE J306C.........................................................................................................103Tabla 4-7 Categoras de servicio API de lubricantes para motores de gasolina.............106Tabla 4-8 Categoras de servicio API de lubricantes para motores Diesel ....................107Tabla 4-9 Especificaciones API para aceites de engranajes automotores.....................108Tabla 4-10 Equivalencias entre los diferentes sistemas de clasificacin de laviscosidad..........................................................................................................109Tabla 4-11 Equivalencias entre lubricantes industriales............................................111Tabla 4-12 Clasificacin del IV de las bases parafnicas y naftnicas ..........................115Tabla 9-1 Biodegradabilidad de diferentes tipos de lubricantes segn la prueba CEC-L-33-T-82..........................................................................................................160Tabla 9-2 Clasificacin de la toxicidad segn WHC para diferentes tipos delubricantes.........................................................................................................162Tabla 10-1 Valores tpicos de coeficientes de friccin para diferentes tipos delubricantes.........................................................................................................170

Tabla 11-1 Cdigo internacional de colores para identificacin de los lubricantes y delos rtulos metlicos ...........................................................................................179Tabla 11-2 Smbolos geomtricos para las frecuencias de lubricacin.........................180Tabla 11-3 Propiedades de los tipos de lubricantes bsicos.......................................185Tabla 11-4 Regla prctica para la seleccin aproximada de la viscosidad del aceite......186Tabla 11-5 Rangos de temperatura de trabajo para lubricantes sintticos...................191Tabla 12-1 Comparacin entre una polialfaolefina y un aceite mineral parafnico .........206Tabla 12-2 Propiedades fsicas de polialkilene glicoles..............................................215Tabla 12-3 Propiedades fisico-qumicas de los lubricantes sintticos con los aceitesminerales ..........................................................................................................219Tabla 13-1 Coeficientes de friccin de algunos lubricantes de pelcula slida ...............221Tabla 13-2 Propiedades fsico-qumicas del grafito...................................................222Tabla 13-3 Propiedades fsico-qumicas del bisulfuro de molibdeno MoS2....................223

Tabla 13-4 Tamao en micras de las partculas que constituyen el MoS2 ....................225Tabla 13-5 Coeficiente de friccin fluida de diferentes tipos de grasas y del aceitebase. ................................................................................................................227Tabla 14-1 Coeficientes de friccin para varias superficies sometidas a diferentescondiciones de lubricacin....................................................................................242Tabla 14-2 Variacin del coeficiente de friccin en funcin del porcentaje de cidograso ................................................................................................................243


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LISTA DE FIGURASpg.

Figura 2-1 Leyes de la friccin............................................................................... 26Figura 3-1 Desgaste adhesivo ............................................................................... 31Figura 3-2 Desgaste erosivo.................................................................................. 33Figura 3-3 Desgaste corrosivo ............................................................................... 34Figura 3-4 Desgaste abrasivo................................................................................ 35Figura 3-5 Desgaste por cavitacin ........................................................................ 37Figura 3-6 Desgaste por corrientes elctricas........................................................... 38Figura 3-7 Desgaste por fatiga superficial ............................................................... 39Figura 4-1 Esquema de la definicin de viscosidad ................................................... 42Figura 4-2 Materiales newtonianos y no newtonianos ............................................... 44

Figura 4-3 Viscosmetros ...................................................................................... 45Figura 4-4 Carta de conversin de la viscosidad a cualquier temperatura .................... 46Figura 4-5 Factores que afectan la lubricacin ......................................................... 47Figura 4-6 Esquema de la lubricacin lmite............................................................. 48Figura 4-7 Esquema de la lubricacin mixta............................................................. 49Figura 4-8 Esquema de la lubricacin hidrodinmica................................................. 50Figura 4-9 Factores que afectan la lubricacin hidrodinmica..................................... 51Figura 4-10 Esquema de la lubricacin elastohidrodinmica....................................... 51Figura 4-11 Esquema de la lubricacin hidrosttica .................................................. 52Figura 4-12 Hidrmetro API .................................................................................. 61Figura 4-13 Picnmetro ........................................................................................ 62Figura 4-14 Equipo para determinacin de punto llama y punto combustin ASTMD92 ................................................................................................................... 63

Figura 4-15 Equipo para medicin de Viscosidad Saybolt Universal............................. 64Figura 4-16 Equipo para obtencin de viscosidad a. Cinemtica b. Absoluta................. 65Figura 4-17 Equipo para determinacin de los puntos de nebulosidad y fluidez segnASTM D97 .......................................................................................................... 66Figura 4-18 Medidor de color ASTM D 1500............................................................. 67Figura 4-19 A la izquierda equipo para determinacin de la propiedad de corrosindel acero, a la derecha barras de acero despus de pruebas en aceites diferentes. ....... 68Figura 4-20 Patrn ASTM para determinar la propiedad de corrosin en lmina decobre ................................................................................................................. 69Figura 4-21 Equipo para determinacin de TAN con la norma ASTM D974................... 70Figura 4-22 Equipo para determinacin de la estabilidad a la oxidacin con la normaASTM D943......................................................................................................... 71

Figura 4-23 Equipo para determinacin de cenizas sulfatadas.................................... 72

Figura 4-24. Equipos utilizados para la determinacin de la demulsibidad,. a. a laizquierda ASTM D1401 b. a la derecha ASTM D2711................................................. 73Figura 4-25 Equipo para determinar la caracterstica de formacin de espuma en losaceites ............................................................................................................... 75Figura 4-26 Equipo para medicin de la tensin interfacial ........................................ 76Figura 4-27. a. Equipo para determinacin de agua en productos del petrleo ASTMD95 b. Equipo para deteccin de diluyentes en el aceite ASTM D322 .......................... 77


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Figura 4-28 Centrfuga para separacin de los insolubles en pentano y en benceno. ..... 79Figura 4-29 Equipo para medicin de rigidez dielctrica ............................................ 80Figura 4-30. Equipo para pruebas de extrema presin normas ASTM D 2266 yD2596................................................................................................................ 81Figura 4-31 Mquina Timken................................................................................. 83

Figura 4-32 Equipo para determinar la consistencia de una grasa............................... 84Figura 4-33 Equipos para determinacin del punto de goteo. a. A la izquierda con lanorma ASTM D566 b. A la derecha con la norma ASTM D2265................................... 85Figura 4-34 Equipo manual para determinacin del punto anilina ............................... 86Figura 4-35 Equipo para destilacin bajo norma ASTM D86 ....................................... 87Figura 4-36 Equipo manual para determinacin de la presin de vapor de Reid............ 90Figura 4-37 Equipo para determinacin de goma en la gasolina bajo la norma ASTMD381 ................................................................................................................. 92Figura 4-38 Equipo para determinacin de residuos de carbn Conradson................... 93Figura 4-39 Equipo para determinacin del calor de combustin y azufre enproductos del petrleo.......................................................................................... 94Figura 4-40 Curva caracterstica de viscosidad - temperatura para aceites derivadosdel petrleo ........................................................................................................ 98Figura 4-41 Variacin de la viscosidad con la temperatura........................................101Figura 4-42 Ventajas de los aceites multgrados......................................................102Figura 4-43 Smbolo de servicio y certificacin del API .............................................105Figura 4-44 Composicin de los aceites lubricantes .................................................112Figura 4-45 Estructura molecular de las bases parafnicas........................................113Figura 4-46 Estructura molecular de las bases naftnicas.........................................114Figura 4-47 Estructura molecular de las bases aromticas........................................115Figura 4-48 Principales aditivos mejoradores del ndice de Viscosidad........................117Figura 4-49 Principales aditivos depresores del punto de fluidez................................117Figura 4-50 Principales aditivos inhibidores de la oxidacin.......................................118Figura 4-51 Principales aditivos inhibidores de la corrosin.......................................119Figura 4-52 Principales aditivos inhibidores de la herrumbre.....................................120

Figura 4-53 Comportamiento del aditivo EP por reaccin qumica..............................123Figura 4-54 Composicin de los aditivos EP ............................................................124Figura 5-1 Curva de fallas contra tiempo................................................................130Figura 6-1Programas que constituyen el PLP ..........................................................133Figura 8-1 Curvas tribolgicas de un equipo ...........................................................154Figura 11-1 Aviso para la identificacin de los contenedores de lubricantes.................181Figura 11-2 Placa de frecuencias de lubricacin.......................................................181Figura 11-3 Grfico del factor de giro de las grasas .................................................190Figura 11-4 Grfica para la mezcla de dos aceites de la misma marca y serie .............196Figura 11-5 Grfica para determinar el punto de inflamacin aproximado de lasmezclas de aceites..............................................................................................197Figura 12-1 Comparacin del TAN de un aceite mineral y uno sinttico......................202Figura 12-2 Estructura molecular de las polialfaolefinas ...........................................205

Figura 12-3 Estructura molecular de los aromticos alquilatados...............................207Figura 12-4 Estructura molecular de los polibutenos................................................208Figura 12-5 Estructura molecular de los cicloalifticos..............................................209Figura 12-6 Estructura molecular de los steres de cidos dibsicos ..........................210Figura 12-7 Estructura molecular de los steres de poliol (o esteres de neopentil).......211Figura 12-8 Comparacin entre un ster de poliol y un aceite derivado del petrleo a550F................................................................................................................212Figura 12-9 Estructura molecular de los poliglicoles.................................................213


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Figura 12-10 Comparacin entre un aceite parafnico y un polyalkilenglicol.................214Figura 12-11 Estructura molecular de los steres de fosfato y cido fosfrico..............216Figura 12-12 Estructura molecular de las siliconas ..................................................216Figura 12-13 Estructura molecular de los steres de silicatos....................................217Figura 13-1 Configuracin del bisulfuro de molibdeno (MoS2) ...................................224

Figura 13-2 Composicin de las grasas ..................................................................227Figura 13-3 Fabricacin de las grasas ....................................................................229Figura 13-4 Observacin al microscopio electrnico (X 10.000) de dos grasas quetuvieron un buen comportamiento (izquierda) e Insatisfactorio (derecha). .................234Figura 14-1 Estructura molecular del cido ricinoleico..............................................240Figura 14-2 Coeficiente de friccin de algunos lubricantes en funcin de latemperatura.......................................................................................................244


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1 TRIBOLOGA. DEFINICIONES E HISTORIA

1 .1 DEFI N I CI O N ES

La necesidad de tener un trmino que abarcara el estudio del desgaste,el rozamiento y los fenmenos asociados llev a que en la dcada de los60 se creara el trmino tribologa, proveniente de las races griegastribos=friccin,ylogos= estudio.Este significado se ha ampliado hoy en

da a la ciencia interdisciplinaria que conjuga toda una serie deelementos importantes en el diseo, fabricacin y operacin de lasmquinas como la friccin, naturaleza de los materiales, rugosidad,desgaste, lubricacin, consumo de energa y medio ambiente.

Un sistema tribolgico se puede considerar como cualquier accinrealizada por los seres vivos, la naturaleza o un equipo, en la que por lomenos dos elementos intervienen, donde se presenta friccin y en casosextremos, desgaste. En la vida diaria, la friccin no se considera unproblema, ya que sin ella no se podran realizar actividades comocaminar, o conducir un automvil.

En los equipos, el sistema tribolgico puede ser positivo o negativosegn que evite o reduzca al mximo la friccin la propicie. En elintervienen:

El fabricante del equipo quien debe haberlo construido de acuerdocon un diseo ptimo y con materiales que garanticen la vidaesperada.

El usuario quien debe enmarcar el equipo dentro de programas de

mantenimiento predictivo (termografa, vibraciones, anlisis deaceite, etc), programas de lubricacin productiva (PLP) y que laoperacin del equipo se ajuste a su diseo.

Un sistema tribotcnico es un sistema particular o grupo funcional,donde existen varios puntos de friccin, los cuales tienen la funcin detransmitir energa o movimiento.


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1 .2 H I ST OR I A

Desde el inicio de los tiempos, la tribologa siempre ha estado presenteen el desarrollo de la vida diaria. Es por esto que de cada periodo de lahistoria se pueden resumir brevemente los diferentes procesostribolgicos que tomaron lugar en el desarrollo tecnolgico.

En la edad de piedra, durante el periodo paleoltico, el Homo Sapiensdescubri el fuego, se familiariz con l y luego de cientos de aos deestarlo utilizando lo aprendi a generar, lo cual le permiti alcanzar unimportante nivel de desarrollo.

Durante el mesoltico el avance tribolgico ms importante en este

perodo fue el surgimiento del arte de hacer vasijas para cocinar losalimentos.

En el neoltico se desarrollaron procesos tribolgicos de gran importanciaentre los cuales vale la pena destacar el prensado, el forjado y losprimeros intentos del hombre por utilizar el movimiento rotacionalaunque de manera intermitente en los primeros taladros yposteriormente en el alba de la civilizacin en los procesos deperforacin , excavacin y en la fabricacin de vasijas.

La construccin de nuevas y mejores viviendas dio origen a la necesidadde tener que utilizar puertas que pudieran oscilar alrededor de un puntofijo en lugar de tenerlas que quitar y colocar todos los das, fue as comose les aadi a las puertas en uno de sus costados un eje de maderaque oscilaba en la parte inferior en una cavidad cuenca practicada (buscada deliberadamente por el hombre primitivo) en un trozo demadera de piedra y en la superior penda de una cinta de cuero. Lapuerta oscilante trajo consigo verdaderos procesos tribolgicos en losque aparece quizs por primera vez el desgaste como uno de los gravesproblemas a resolver y al cual el hombre primitivo le dedic buena partede su tiempo para analizarlo y controlarlo. Esto queda ampliamente

demostrado por los hallazgos de cavidades de piedra utilizadas comobisagras recubiertas con cobre bronce y en las cuales aparecen rastrosde aceites y grasas de origen animal para reducir el desgaste y eliminarlos "chirridos" molestos al abrir y cerrar las puertas. El perodo Neolticotermina como resultado de los grandes avances cientficos en el campoexperimental que alcanz el hombre primitivo que lo dejaron en unaposicin tal que las mquinas que empezara a fabricar de ah en


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adelante le permitiran disponer de ms tiempo de ocio facilitndole elcrecimiento en los campos espiritual , social , intelectual y tecnolgico.

Los egipcios tenan el conocimiento de la friccin y los lubricantes, esto

se ve en el transporte de grandes bloques de piedra para la construccinde monumentos. Para realizar esta tarea utilizaban agua o grasa animalcomo lubricante.

Da Vinci dedujo la leyes que gobernaban el movimiento de un bloquerectangular deslizndose sobre una superficie plana, tambin, fue elprimero en introducir el concepto del coeficiente de friccin.Desafortunadamente sus escritos no fueron publicados hasta cientos deaos despus de sus descubrimientos. Fue en 1699 que el fsico francsGuillaume Amontons redescubri las leyes de la friccin al estudiar eldeslizamiento entre dos superficies planas.

Al surgir la Revolucin Industrial el desarrollo tecnolgico de lamaquinaria para produccin avanz rpidamente. El uso de la potenciadel vapor permiti nuevas tcnicas de manufactura. En los inicios delsiglo XX, desde el enorme crecimiento industrial demand de una mejortribologa, el conocimiento de todas las reas de la tribologa seexpandi rpidamente.


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2 FRICCIN Y TIPOS DE FRICCIN, LEYES

La friccin es la prdida de energa mecnica durante el inicio, desarrolloy final del movimiento relativo entre dos zonas materiales en contacto.Se introduce el trmino zonas materiales, que incluyen los fenmenosque se pueden producir por:

Friccin externa: entres cuerpos diferentes

Friccin interna: Entre las partculas de un mismo cuerpo.

2 .1 T I POS DE FR I CCI N EXTERNA

Friccin de deslizamiento: Se presenta durante el movimientorelativo tangencial de los elementos slidos en un sistematribolgico.

Friccin de rodamiento: Se presenta durante el movimiento

relativo de rodadura entre los elementos slidos en un sistematribolgico.

Friccin de rotacin: Se presenta durante el movimiento relativode rotacin entre los elementos slidos en un sistema tribolgico.

Segn las condiciones de contacto se pueden clasificar en:

Friccin esttica: Prdida de energa mecnica al inicio y al finaldel movimiento relativo tangencial entre dos zonas materiales en

contacto.

Friccin mvil: Perdida de energa mecnica durante elmovimiento relativo de zonas materiales en contacto.


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Friccin de choque: Prdida de energa mecnica al inicio y al finaldel movimiento relativo normal entre zonas materiales encontacto.

2 .2 FUERZA D E FR I CCI ON

Siempre que un cuerpo se deslice o ruede sobre la superficie de otro,existe una fuerza que se opone al movimiento, llamada fuerza defriccin o rozamiento. Es paralela y opuesta al movimiento.

fNF=

Donde la fuerza es proporcional a la fuerza normal N que mantiene lasdos superficies juntas, y a un factor adimensional llamado coeficiente defriccin,

La fuerza aplicada para iniciar el movimiento es mayor que la necesariapara mantenerlo.

2 . 2 . 1 COEF I CI ENTE DE FR I CCI N

Es un parmetro que depende de la humedad, temperatura, velocidad

de deslizamiento, presin de contacto, tipo de lubricante, acabadosuperficial y forma de la regin de contacto.

Existen dos tipos, el coeficiente esttico y el cintico, que se definen asi:

moveraPeso

movimientoeliniciarparaFuerzae=

moveraPeso

movimientoelmantenerparaFuerzac=

Ambos coeficientes pueden ser por friccin slida o fluida.


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2 .3 ESTADOS DE FR I CCI ON

2 . 3 . 1 FR I CCI N SL I DA

2.3.1.1 Pura.

El sistema tribolgico est constituido por dos elementos quecorresponden a los materiales base. Tambin se conoce como friccinmetal-metal, que se presenta en un elemento lubricado comoconsecuencia de la ruptura de la pelcula lmiteo por agotamiento de losaditivos del lubricante.

2.3.1.2 Leyes de la friccin metal-metal por deslizamiento.

En el siglo XVII Guillaume Amontons, fsico francs, redescubri lasleyes del rozamiento estudiando el deslizamiento seco de dos superficiesplanas.

La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal queejerce el plano sobre el bloque, como se ve en la Figura 2-1.

fWF=

La fuerza de rozamiento no depende del rea aparente decontacto, sino del rea efectiva, que es la suma de las reas decontacto dadas por las irregularidades de ambas superficies.

Vara segn la naturaleza de los materiales y del acabadosuperficial.

El cientfico francs Coulomb aadi una propiedad ms

Una vez empezado el movimiento, la fuerza de rozamiento esindependiente de la velocidad.


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Figura 2-1 Leyes de la friccin

2.3.1.3 Leyes de la friccin metal-metal por rodadura.

Vara con la carga

En inversamente proporcional al dimetro del elemento rodante

Es menor para superficies pulidas que para superficies rugosas

2.3.1.4 Seca.

Estado en el cual el sistema tribolgico est constituido por treselementos de caractersticas slidas. Dos elementos son los materialesbase y el tercero est presente en forma de capas adheridas al metal

base.

El coeficiente de friccin vara desde 0.2 hasta 0.8.


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2 . 3 . 2 FRI CCI N FLU I DA

Estado en el cual el sistema tribolgico est constituido por lo menos portres elementos, uno de ellos lquido.

2.3.2.1 Hidrodinmica.

Estado en el que las condiciones hidrodinmicas se logran por elmovimiento relativo del par friccionante, cuando se encuentra sometidoa determinadas condiciones de velocidad y carga. Los valores delcoeficiente de friccin varan de 0.001 a 0.002 dependiendo de laviscosidad del lubricante.

2.3.2.2 Hidroesttica.

Estado en el que los mecanismos giran a bajas velocidades y soportanaltas cargas, donde para formar la pelcula hidrodinmica, es necesarioinyectar aceite a presin antes y durante el movimiento.

2 . 3 . 3 FR I CCI N GASEOSA

Estado en el cual el sistema tribolgico est constituido por 3 elementos,

uno de ellos gaseoso.

2.3.3.1 Aerodinmica.

Se logra a travs del movimiento relativo de los elementos slidos delsistema tribolgico.

2.3.3.2 Aerosttica.

Se logra por medio de una presin exterior al sistema tribolgico.


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2 . 3 . 4 FRI CCI N M I XTA

Es la presencia simultnea de por lo menos dos estados de friccin enun sistema tribolgico. Cuando los estados presentes son la friccin

slida y fluida en donde se dan condiciones de bajas velocidades ygrandes cargas, se da la lubricacin elastrohidrodinmica o EHL

2 .4 FACTORES QUE COND I CI ONAN LA FRI CCI ON

Carga: Es un factor que no se puede controlar porque hace partede todo mecanismo. Esta constituida por su propio peso y por la

fuerza que este imparte o transmite.

Naturaleza de los materiales: Dependiendo de la estructuramolecular, dos cuerpos presentan mayor o menor friccin.

Acabado superficial: Entre ms speras sean las superficies,mayor es la friccin. Esta disminuye con el grado de pulimentoque presenten. Esencialmente existen dos tipos de rugosidades:agudas y dentadas.

Capa de estructura cristalina intacta pero accesible a los esfuerzosde rodamiento. (2x10-5a 5x10-4m).

Geometra de los cuerpos: Un cuerpo esfrico o cilndrico sedesplaza ms fcilmente que una superficie plana al moversesobre otra.

Tolerancia entre las piezas: Una tolerancia inadecuada (mayor omenor que la indicada) incrementa la friccin.

Temperatura de funcionamiento: Dilata las superficies,

aumentando considerablemente la friccin.

Adhesin: La presin y la temperatura soportadas por dossuperficies hacen que stas se suelden en los puntos mssobresalientes de las asperezas.


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Cizallamiento: Ocurre cuando las asperezas de las superficies sontales que una gran parte de estas chocan entre si, causando surotura.

Arado: Se presenta cuando una de las superficies en movimientorelativo presenta una o varias salientes, las cuales producen unaacanaladura en el elemento opuesto con desprendimiento dematerial.

Lubricacin: Cualquier pelcula lubricante apropiada interpuestaentre dos superficies disminuye la friccin.

2 .5 FORMAS DE REDUC I R LA FR I CCI N

Pulir las superficies

Cambiar el deslizamiento por rodamiento

Interponer un lubricante


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3 DESGASTE Y TIPOS DE DESGASTE. CAUSAS Y

SOLUCIONES

El desgaste es el deterioro en las piezas que se encuentran en contactobajo la accin de un movimiento relativo; dicho deterioro es causado porlas interaccin de sus rugosidades superficiales. El desgaste puede llegara ser crtico, haciendo que las piezas de una mquina pierdan sustolerancias y queden inservibles. No disminuir el desgaste puede causar:

Mayor consumo de repuestos por aumento en las reparaciones.

Reduccin en la produccin por paradas de maquinaria.

Disminucin en la vida til de la maquinaria.

Prdida de potencia y mayor consumo de combustible en losmotores de combustin interna.

Posibilidad de accidentes por rotura de piezas.

3 .1 T I POS DE DESGASTE

El desgaste es un proceso inminente en cualquier sistema tribolgicocon friccin slida. Por consiguiente, lo que se busca con la adicin delubricantes es disminuir el desgaste a niveles lo ms bajos posibles(partculas del orden de 1 a 2 m)

3 . 1 . 1 PU LI MENTADO

Es el desgaste natural que todo sistema tribotcnico sufre durante elperiodo de asentamiento. No se puede evitar, pero se puede controlarcon cambios de aceite en periodos adecuados y condiciones defuncionamiento indicadas.


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3 . 1 . 2 ADHESI VO

Contacto metal-metal. Se presenta en mecanismos no lubricados o enmecanismos lubricados cuando la pelcula de lubricante no es suficiente

para separar las dos superficies, es decir se presenta lubricacin lmite,como en el caso de la Figura 3-1.

Figura 3-1 Desgaste adhesivo

3.1.2.1 Causas.

Se presenta durante el arranque o las paradas de un mecanismo, dondela pelcula lubricante es menor, como resultado del agotamiento de losaditivos antidesgaste del aceite por condiciones inadecuadas de uso. Alestar en contacto las irregularidades de las superficies, se producetransferencia metlica y formacin de partculas metlicas de mayor

dureza que el material base.En la prctica es causado por:

Elevada temperatura de operacin que hace disminuir laviscosidad del lubricante.


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Presencia de sobrecargas superiores a las cargas de diseo de loselementos.

Bajas velocidades que no permiten la formacin de la pelcula

lubricante.

Altas velocidades de deslizamiento, que conduce a elevaciones detemperatura.

Deficiente acabado superficial de los elementos.

Contaminacin del lubricante que hace variar la viscosidad.

Baja viscosidad del lubricante por mala seleccin o por deficienteaplicacin.

Excesiva viscosidad que aumenta la friccin fluida y latemperatura de operacin.

Nivel de aceite incorrecto. Es importante en sistemas por salpique.Un nivel bajo no forma la pelcula lubricante; si es alto elbatimiento innecesario eleva su temperatura.

Presin del aceite incorrecta (alta o baja).Es importante ensistemas por circulacin.

Arrancadas y paradas frecuentes. Se utilizan aditivos antidesgaste(ditiofosfato de zinc) que forman una pelcula que se adhiere a lassuperficies y evita el contacto metlico.

3.1.2.2 Soluciones.

Usar lubricantes con ptimas propiedades de pelcula lmite, con aditivosantidesgaste.

Mantener el nivel, la presin y la viscosidad adecuadas para noincrementar con ello la temperatura del aceite, dilatando las superficiesmetlicas.


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3 . 1 . 3 EROSI VO

El uso de aceites de mayor viscosidad a la indicada al circular entre dossuperficies produce un fenmeno de pulimento de estas, el cual se

observa en la Figura 3-2.

Figura 3-2 Desgaste erosivo

Las partculas muy finas (de dimensin mucho menor a la tolerancia) enel aceite impactarn las superficies del sistema, y el desgaste producidopor esta accin se acenta al incrementar la presin del fluido.

3.1.3.1 Soluciones.

Usar aceites con la viscosidad adecuada, instalar un sistema de filtracinde partculas para lubricacin por circulacin, y controlar la presin delsistema de lubricacin.

3 . 1 . 4 CORROS I VO

El desgaste por corrosin tambin se conoce como herrumbre en losmateriales ferrosos y corrosin cida en materiales blandos como elbabbit. La presencia de cidos en el aceite causa el desprendimiento de


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partculas que originan pequeos crteres, que al unirse forman grietasque producen el rompimiento de la pieza. Adems, estas partculasdesprendidas causan a su vez desgaste abrasivo. Un ejemplo de estetipo de desgaste se muestra en la Figura 3-3.

Figura 3-3 Desgaste corrosivo

3.1.4.1 Causas.

Es consecuencia de un aceite oxidado o la contaminacin de este conagua o cidos del proceso o del medio ambiente. Ocurre por dejar elaceite ms del tiempo recomendado lo que permite que el TANsuperesu valor mximo dejando que los cidos ataquen las superficiesmetlicas y causen el desprendimiento de partculas.

En los aceites para motores de combustin interna se presenta al

acabarse la reserva alcalina del aceite por uso durante ms tiempo delrecomendado. Tambin se presenta por la presencia de agua y cidosprovenientes de los procesos de combustin que da lugar a la formacinde lodos y gomas, por dilucin del aceite con el combustible durante elfuncionamiento a bajas temperaturas.


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3.1.4.2 Soluciones.

Para controlar el desgaste corrosivo en los motores de combustininterna se usan aceites de nueva especificacin API SL y CI-4 especiales

para estas condiciones, se dejan funcionar el motor en vaco paraalcanzar las temperaturas ptimas de trabajo.

En los equipos industriales se debe controlar la temperatura deoperacin, ya que a altas temperaturas los aceites se degradan.

3 . 1 . 5 ABRASI VO

Es el resultado de la presencia entre las superficies en movimiento

relativo de partculas extraas de igual o mayor dureza a la de losmateriales que los conforman, se incrustan en una de las superficies yactan como herramientas de corte, removiendo material de la otrasuperficie, como se observa en la Figura 3-4. El desgaste es usualmentemayor en la superficie ms blanda.

Figura 3-4 Desgaste abrasivo


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Figura 3-5 Desgaste por cavitacin

3.1.6.1 Causas.

Cuando la presin absoluta en una regin del sistema es igual o inferiora la presin de vapor del fluido a la temperatura de trabajo, parte de

ste se evapora, formando burbujas que implotarn sbitamente en otraregin del sistema donde la presin sea superior, este fenmeno sometea la superficie a ciclos de esfuerzos superficiales puntuales muy altos.

Temperaturas de funcionamiento excesivamente elevadas disminuyen lapresin de vapor del fluido incrementando la posibilidad de que sepresente el fenmeno de cavitacin en el sistema.

3.1.6.2 Soluciones.

Incrementar la presin absoluta en el sistema, disminuir o evitar loscambios abruptos de seccin en el sistema, recuerde que entre msvelocidad lleve un fluido menor presin tendr, tambin se puedenutilizar aceites con presiones de vapor bajas a altas temperaturas.


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3 . 1 . 7 POR CORRI ENTES ELCTRI CAS

Se produce cuando fluye corriente entre piezas metlicas, muyposiblemente por accin de cargas estticas generadas a partir del

mismo movimiento, generando el desgaste mostrado en la Figura 3-6.

Figura 3-6 Desgaste por corrientes elctricas

3.1.7.1 Causas.

El paso de corriente elctrica a travs de los elementos de una mquinapuede producir uniones puntuales entre estos y su posteriordesprendimiento con el movimiento normal de la mquina, dichas

corrientes pueden ser a causa de conexiones defectuosa a tierra ocuando hay corrientes parsitas.

3.1.7.2 Soluciones.

Cerciorarse que la mquina tenga una adecuada conexin a tierra.


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3 . 1 . 8 POR FA T I GA SUPERFI CI A L ( P I T T I NG )

Sobre la superficie se generan grietas como las mostradas en la Figura3-7, como consecuencia de esfuerzos cclicos de tensin, compresin y

cortante, stas se propagan haciendo que la superficie falle y liberepartculas.

Figura 3-7 Desgaste por fatiga superficial

3.1.8.1 Causas.

Ocurre cuando se ha sobrepasado del lmite de resistencia a la fatiga delmaterial, debido a la presencia de esfuerzos cclicos de tensin,compresin y cortante sobre las superficies ocasionando grietas quecausan la aparicin de escamas y picaduras. Estas partculas que sedesprenden, y a su vez, quedan atrapadas entre las dos superficiesprovocando una hendidura en ellas, iniciando el agrietamiento y despusde n ciclos la superficie falla.

3.1.8.2 Soluciones.

A menos que la pareja de engranajes muestre seales claras de falta dealineacin, que puedan ser corregidas de forma sencilla, es necesarioefectuar un rediseo de los engranajes en funcin de las cargas asoportar.


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3 .2 SOLUC I ON ES GEN ERALES

En general, para cualquier tipo de desgaste, las formas para reducir estacondicin son:

Utilizar el lubricante apropiado para las condiciones de operacin.

Frecuencia de lubricacin adecuada, con el fin de determinar loscambios de aceite y reengrase correctos.

Buenos programas de mantenimiento preventivo, incluyendo lalimpieza y/o cambios de filtros de aire y aceite.

Operar los equipos bajo las condiciones de diseo.


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4 LUBRICACIN. DEFINICIN Y TEMAS GENERALES.

4 .1 PR I NC I P I OS BS I COS DE LA LUBR I CAC I N

De acuerdo a las condiciones de operacin, cada mquina requiereuna lubricacin en particular.

En una mquina pueden existir elementos fsicamente iguales,

pero que pueden estar sometidos a condiciones de operacindiferentes, requirindose por lo tanto, lubricantes que cumplancon cada caso especfico.

Los lubricantes seleccionados deben contar con las caractersticasfisico-qumicas necesarias para su correcto funcionamiento.

4 .2 V I SCO SI D A D

La viscosidad puede definirse como la resistencia que tiene un lquido alflujo o deformacin. En trminos comunes, mientras ms lento fluye unmaterial, ms elevada es su viscosidad. Es esta propiedad lo quedetermina la capacidad del lubricante de mantener una pelcula deaceite entre las piezas mviles de las mquinas, que reduzca el desgastey la friccin.

4 . 2 . 1 V I SCOSI DAD ABSOLUTA O D I NM I CA

Cuando un fluido se interpone entre dos superficies,una de las cuales sedesplaza con velocidad constante Vc y la otra permanece fija, como enla Figura 4-1, sucede que a la parte fija se adhiere una delgada capa delfluido, la siguiente se desplaza con una velocidad v con respecto a laotra y asi sucesivamente, hasta la que est adherida a la superficiemvil B. Una capa de lubricante separada de otra, a una distancia dh, se


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desplaza con una velocidad v + dv, de tal forma que la diferencia develocidades es dv.

Para que se produzca el desplazamiento de una capa del lubricante con

respecto a otra, es necesario aplicar una fuerza tangencial F. Newtonpuso de manifiesto que esta fuerza era proporcional a la superficie A yque constitua una medida del frotamiento interno del fluido o de su

resistencia al cizallamientoA

F y que adems era proporcional al

gradiente de velocidaddh

dvo integrando este gradiente entre o y h, a la

velocidad de deslizamientoh

V, expresando la viscosidad absoluta

finalmente como:

dh

dv

A

F

dhdV

AF

=

Figura 4-1 Esquema de la definicin de viscosidad

La viscosidad absoluta representa la viscosidad real de un lquido y semide por el tiempo que demora en fluir, a una temperatura dada, poruna serie de tubos capilares estrechos.


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En el sistema mtrico, la viscosidad absoluta se expresa en Poise, enhonor al doctor Poiseuille, fsico francs quien experiment con flujos entubos capilares. O sea:

21

cmsdinaPoise ==

El centipoise, que se emplea con mayor frecuencia equivale a

2

810019.11cm

skgfxCentipoise

=

En el sistema ingls, la unidad se conoce con el nombre de Reyn enhonor a Sir Osborne Reynolds. O sea:

2lgRe1

pu

slbfyn

==

Y las conversiones entre el sistema mtrico y el ingls son:

sCentipoiseyn

ynsxPoise

031.6895Re1

Re105.141 6

=

=

4 . 2 . 2 V I SCOSI DAD CI NEMT I CA

La mayora de las veces la viscosidad de un aceite lubricante se expresaen trminos de la viscosidad cinemtica o de movimiento del fluido, quees igual a la viscosidad absoluta del fluido, dividida por su densidad,expresada cada una en el mismo sistema de unidades y a la mismatemperatura.

Densidad

absolutaidadViscinemticaidadVis

coscos =

La unidad de la viscosidad cinemtica es el Stoke. Generalmente seexpresa en Centistokes (cSt) y tambin se tiene que

s

mm1Centistoke1

2

=


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4 . 2 . 3 LQU I DOS NEW TON I ANOS

Newton dedujo que el esfuerzo de corte o de cizallamiento esdirectamente proporcional a la velocidad de deslizamiento, lo cual hace

que la viscosidad permanezca constante a cualquier temperatura ypresin en particular e independientemente de la velocidad dedeslizamiento, as como se observa en la Figura 4-2.

La mayor parte de los aceites minerales por encima del valor absolutodel punto de enturbiamiento son fluidos newtonianos.

Figura 4-2 Materiales newtonianos y no newtonianos

4 . 2 . 4 L QU I DOS NO NEW TON I ANOS

Cuando a un aceite o a una grasa lubricante se le adicionan ciertosmateriales espesantes, como los polmeros, la viscosidad de estos se veafectada y depende de la velocidad de deslizamiento a la cual sea

medida. Estos fluidos reciben el nombre de no newtonianos. Como elvalor de la viscosidad depende de la velocidad de deslizamiento, seutiliza el trmino de viscosidad aparente en unidades absolutas. Losmateriales no newtonianos se dividen en cinco grupos, dependiendo deltipo de aglomerante empleado en la reaccin. As, plsticos,seudoplsticos, dilatantes, tixotrpicos y reopcticos.


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4 . 2 . 5 TABLAS PARA CONVERSI N DE LA V I SCOS I DAD

Existen varios tipos de viscosmetros como los que se muestran en laFigura 4-3, de acuerdo con el tipo de viscosmetro que se utilice para

medir la viscosidad, sta se expresar en las unidades usadas en cadauno de ellos. El fabricante de un equipo dar sus recomendaciones delubricacin, segn las normas utilizadas en ese pas; esto hace que en lamayora de los casos sea necesario efectuar conversiones de viscosidadque conduzcan a una seleccin ms segura y efectiva sobre el tipo delubricante que se debe utilizar. Con este fin se han desarrollado unaserie de frmulas y grficos que permiten pasar rpidamente de unsistema de medida a otro.

Figura 4-3 Viscosmetros

Con ayuda de la Figura 4-4 se puede pasar de un sistema de medicinde la viscosidad a otro a la misma temperatura. Cuenta con escalas deviscosidad en Centistoke, Segundos Saybolt Universal, SegundosRedwood No. 1, grados Engler, Segundos Saybolt Furol y SegundosRedwood No. 2.

Para pasar de un sistema a otro se ubica el valor de la viscosidad en laescala correspondiente y se traza una lnea horizontal perpendicular adicha escala hasta que corte la escala de la viscosidad en el sistema deunidades requerido.


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Figura 4-4 Carta de conversin de la viscosidad a cualquier temperatura

Fuente: Ingenieros de lubricacin


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4 .3 FACTORES QUE AFECTAN LA LUBR I CAC I ON

Existen varios factores de afectan la eleccin de la viscosidad de unaceite, como se ve en Figura 4-5.

Figura 4-5 Factores que afectan la lubricacin

Para escoger adecuadamente la viscosidad del lubricante cuando no secuenta con informacin del fabricante, se deben tener en cuenta losfactores de operacin.

Velocidad: A mayores velocidades se debe utilizar un aceite debaja viscosidad, que permite la accin de bombeo y la formacinde la cua de aceite, cuando la velocidad de funcionamiento esbaja, se debe compensar la deficiencia en la formacin de la cuacon un aceite de alta viscosidad.

Carga: Para cargas altas se emplea un aceite de alta viscosidad,que evita el contacto metal-metal. Cuando la carga es baja, unaceite de baja viscosidad ser suficiente para separar lassuperficies y reducir la prdida de potencia por friccin slida.

LUBRICACIN

OPERACION DISEO

Proyecto, clculo,

fabricacin y montaje de

Materiales utilizados en la

construccin

Acabado superficial delmecanismo

Diseo del sistema delubricacin

Velocidad

Carga

TemperaturaFacilidad para conseguir

repuestos


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Temperatura: Dado que la temperatura afecta de forma inversa laviscosidad de los aceites, a altas temperaturas de funcionamientose selecciona un aceite de alta viscosidad, para que al alcanzar sutemperatura de operacin trabaje con la viscosidad adecuada. As,

para temperaturas bajas, se utilizan aceites de viscosidades bajaspara que puedan fluir.

4 .4 REG I MENES DE LUBR I CAC I N

4 . 4 . 1 LUBR I CAC I N LM I TE

Tiene lugar siempre que un mecanismo se pone en movimiento, debidoa que las condiciones de velocidad, carga y temperatura (viscosidad) omtodo de aplicacin del lubricante no son favorables para la formacinde una pelcula fluida, como se ve en la Figura 4-6.

Bajo condiciones normales de operacin, el rgimen de lubricacin depelcula lmite debe desaparecer totalmente; de lo contrario, ellubricante ha sido mal seleccionado o se ha contaminado con unasustancia de menor viscosidad.

Figura 4-6 Esquema de la lubricacin lmite


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Esta situacin se presenta en:

Cambios de condiciones de operacin

Paradas y arrancadas de la mquina

Prdida del aditivo antidesgastepor periodos de cambio largos

El desgaste que se produce por lubricacin de pelcula lmite es de tipoadhesivo, corrosivo, por fatiga y abrasin, y se evita usando lubricantescuyas caractersticas ms importantes son la estabilidad qumica a altastemperaturas, alta velocidad de reaccin, baja toxicidad por efecto delos vapores o por la posibilidad de que se presentan infecciones en lapiel y compatibilidad con los aceites a los cuales se les aaden estoscompuestos.

4 . 4 . 2 LUBRI CACI N M I X TA

Es un estado intermedio entre la lubricacin lmite e hidrodinmica, porel cual todo mecanismo pasa antes de alcanzar esta condicin. En estecaso, parte de las asperezas superficiales de ambos mecanismos seintercalan de tal forma que slo una parte de la carga es soportada porlas acciones hidrodinmicas y la otra por una pelcula lmite que recubrelas irregularidades de ambas superficies, como se ve en la Figura 4-7.

Figura 4-7 Esquema de la lubricacin mixta


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Figura 4-9 Factores que afectan la lubricacin hidrodinmica

4 . 4 . 4 LUBRI CACI N ELASTOH I DROD I NM I CA

Es un estado de lubricacin hidrodinmica que se caracteriza por ladeformacin elstica de las irregularidades de ambas superficies, debidoa la carga que acta sobre ellas, como se aprecia en la Figura 4-10. Eneste caso, la presin hidrulica es suficientemente alta como parasepararlas.

Tiene lugar en elementos que ruedan entre s o con respecto a unasuperficie plana.

Figura 4-10 Esquema de la lubricacin elastohidrodinmica

Carga

Alimentacindel lubricante

Acabadosuperficial

Dimetro,longitud ytolerancias

Velocidad

Viscosidad

LUBRICACIONHIDRODINAMICA


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El aceite se mantiene entre las superficies debido a la combinacin delaumento de su viscosidad debido a las altas presiones y alaplastamiento de la superficie.

Bajo este rgimen funcionan los engranajes, los rodamientos, levas ycadenas, para lo cual, los lubricantes empleados requieren la presenciade aditivos Compound o EP, ya que de lo contrario, las superficiesentraran en contacto y se agarrotaran.

4 . 4 . 5 LUBR I CACI N H I DROSTT I CA

Consiste en bombear aceite a presin entre dos superficies, con el fin desepararlas de tal forma que no se requiere el movimiento relativo entreellas para mantener la pelcula lubricante. El aceite se suministra a unapresin suficiente para que el eje se levante y flote sobre la pelculalubricante, asi como se observa en la Figura 4-11.

Este mtodo se aplica principalmente en cojinetes de friccin para evitarel rozamiento inicial entre el mun y el cojinete cuando se pone afuncionar el equipo o trabaja a muy bajas velocidades y con elevadascargas.

Figura 4-11 Esquema de la lubricacin hidrosttica


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4 .5 PROP I EDA DES FS I CAS D E LOS LUBR I CAN TES

4 . 5 . 1 PROP I EDAD ES FS I CAS DE LOS ACEI TES

4.5.1.1 Gravedad especfica.

Es la relacin entre el peso de un volumen dado de un aceite y el pesode un volumen idntico de agua, a una temperatura especfica. Seevala bajo la norma ASTM D287 a una temperatura de 15,6C, y paraaceites derivados del petrleo su valor esta comprendido entre 0,89 y0,93, siendo 0,91 el valor ms aceptado.

La relacin entre la gravedad especfica y la gravedad en API est dadapor:

5.1316060

5.141 =

FespecificaGravedadAPI

4.5.1.2 Color o fluorescencia.

Es un indicativo del aceite nuevo, pero no tiene nada que ver con sucalidad. Se evala segn la norma ASTM D1500, y debido a que escaracterstico para cada fabricante solo sirve para comparar el aceite enservicio con uno nuevo.

4.5.1.3 Viscosidad.

Se define como la resistencia interna a fluir que presentan las molculasde un lquido cuando pasan una al lado de la otra, en su movimiento, auna temperatura determinada.

Se evala con las normas ASTM D88 (cSt a 40C) y ASTM D445 (SSU a100F y 210F).


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El incremento de la resistencia se manifiesta por un aumento en lafriccin interna, y como consecuencia la elevacin de la temperatura.

4.5.1.4 ndice de viscosidad.

Es la caracterstica ms importante a tener en cuenta al escoger ellubricante, despus de la viscosidad. Se define como la mayor o menorestabilidad de la viscosidad de un aceite lubricante con los cambios detemperatura. Dado que la viscosidad cambia inversamente proporcionala la temperatura, es aconsejable que el aceite tenga un elevado IV paraque la viscosidad ofrezca estabilidad a cambios de temperatura.

Esta calidad del aceite se evala bajo la norma ASTM D567.

4.5.1.5 Rigidez dielctrica.

Es la capacidad de aislamiento elctrico de los aceites y se determinapor la tensin en que se produce un arco elctrico permanente entre doselectrodos sumergidos en el aceite.

Esta propiedad se evala bajo la norma ASTM D877 y ASTM D1816.

4 . 5 . 2 PROP I EDAD ES TRM I CAS DE LOS ACE I TES

4.5.2.1 Punto de inflamacin o chispa.

Es la temperatura mnima a la cual los gases formados se inflaman porun instante al aproximarles una chispa o llama. Se evalan con lasnormas ASTM D92 y ASTM D93.

Para lubricacin no se aconseja puntos de inflamacin inferiores a150C.


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4.5.2.2 Punto de combustin.

Es la temperatura a la cual se forman los gases suficientes paramantener una llama durante 5 segundos como mnimo. El punto de

combustin suele ser entre 30C y 60C superior al de inflamacin.

Se evala bajo las normas ASTM D92 y ASTM D93.

No debe confundirse los puntos de combustin ni de inflamacin con elpunto de autoinflamacin o autoignicin, que es

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