La grasa es un lubricante sólido o semisólido formado como una dispersión de agentes espesantes en un lubricante líquido. La grasa generalmente consiste en un jabón emulsionado con aceite mineral o vegetal .
Una característica común de las grasas es que poseen viscosidades iniciales altas , que al aplicarles fuerza de cizallamiento, caen para dar el efecto de un cojinete lubricado con aceite de aproximadamente la misma viscosidad que el aceite base utilizado en la grasa. Este cambio en la viscosidad se denomina pseudoplástico . El término grasa se utiliza a veces para describir materiales lubricantes que son simplemente sólidos blandos o líquidos de alta viscosidad, pero estos materiales no presentan las propiedades pseudoplásticos características de la grasa clásica. Por ejemplo, las vaselinas, por lo general, no se clasifican como grasas.
Las grasas se aplican a mecanismos que sólo se pueden lubricar con poca frecuencia y en los que el aceite lubricante no se mantiene en su posición. También actúan como selladores para evitar la entrada de agua y materiales incompresibles. Los cojinetes lubricados con grasa tienen mayores características de fricción debido a sus altas viscosidades.
Una verdadera grasa consiste en un aceite u otro lubricante fluido que se mezcla con un espesante, típicamente un jabón , para formar un sólido o semisólido. [1] Las grasas son generalmente fluidos pseudoplásticos o pseudoplásticos , lo que significa que la viscosidad del fluido se reduce bajo tensión de corte . Después de que se haya aplicado suficiente fuerza para cortar la grasa, la viscosidad cae y se acerca a la del lubricante base, como el aceite mineral. Esta caída repentina en la fuerza de corte significa que la grasa se considera un fluido plástico, y la reducción de la fuerza de corte con el tiempo la hace tixotrópica . Algunas grasas son reotrópicas, lo que significa que se vuelven más viscosas cuando se trabaja. [2] La grasa a menudo se aplica usando una pistola de engrase , que aplica la grasa a la pieza que se lubrica bajo presión, forzando la grasa sólida a entrar en los espacios de la pieza.
Los jabones son el agente emulsionante más común utilizado, y la selección del tipo de jabón está determinada por la aplicación. [3] Los jabones incluyen estearato de calcio , estearato de sodio , estearato de litio , así como mezclas de estos componentes. También se utilizan derivados de ácidos grasos distintos de los estearatos, especialmente 12-hidroxiestearato de litio . La naturaleza de los jabones influye en la resistencia a la temperatura (relacionada con la viscosidad), la resistencia al agua y la estabilidad química de la grasa resultante. Los sulfonatos de calcio y las poliureas son espesantes de grasa cada vez más comunes que no se basan en jabones metálicos. [4] [5]
También se pueden utilizar sólidos en polvo como espesantes, especialmente arcillas absorbentes como la bentonita . También se han preparado grasas a base de aceite graso con otros espesantes, como el alquitrán , el grafito o la mica , que también aumentan la durabilidad de la grasa. Las grasas de silicona generalmente se espesan con sílice .
Las grasas a base de litio son las más utilizadas; las grasas a base de sodio y litio tienen un punto de fusión ( punto de goteo ) más alto que las grasas a base de calcio, pero no son resistentes a la acción del agua . La grasa a base de litio tiene un punto de goteo de 190 a 220 °C (374 a 428 °F). Sin embargo, la temperatura máxima utilizable para la grasa a base de litio es de 120 °C.
La cantidad de grasa en una muestra se puede determinar en un laboratorio mediante extracción con un disolvente seguida de una determinación gravimétrica, por ejemplo. [6]
Algunas grasas llevan la etiqueta "EP", que indica " presión extrema ". Bajo alta presión o carga de choque, la grasa normal puede comprimirse hasta el punto de que las piezas engrasadas entren en contacto físico, lo que provoca fricción y desgaste. Las grasas EP tienen una mayor resistencia a la rotura de la película, forman recubrimientos de sacrificio en la superficie del metal para proteger si la película se rompe o incluyen lubricantes sólidos como grafito , disulfuro de molibdeno o nitruro de boro hexagonal (hBN) para brindar protección incluso sin que quede grasa. [3]
A algunas grasas se les añaden aditivos sólidos, como cobre o polvo cerámico (generalmente HBN), para aplicaciones estáticas de alta presión o alta temperatura, o cuando la corrosión podría impedir el desmontaje de los componentes más adelante en su vida útil. Estos compuestos funcionan como agentes desmoldantes . [7] [8] Los aditivos sólidos no se pueden utilizar en los cojinetes debido a las tolerancias ajustadas. Los aditivos sólidos provocarán un mayor desgaste en los cojinetes. [ cita requerida ]
Se cree que la grasa de las primeras épocas egipcias o romanas se preparaba combinando cal con aceite de oliva . La cal saponifica algunos de los triglicéridos que componen el aceite para dar una grasa de calcio. A mediados del siglo XIX, se añadieron intencionadamente jabones como espesantes a los aceites. [9] A lo largo de los siglos, se han empleado todo tipo de materiales como grasas. Por ejemplo, las babosas negras Arion ater se utilizaban como grasa para ejes para lubricar ejes de madera o carros en Suecia. [10]
La norma ASTM D4950, “Clasificación y especificación estándar para grasas de servicio automotriz”, fue desarrollada en conjunto por ASTM International , el Instituto Nacional de Grasas Lubricantes (NLGI) y SAE International y fue publicada por primera vez en 1989 por ASTM International. Clasifica las grasas adecuadas para la lubricación de componentes de chasis y cojinetes de ruedas de vehículos, según los requisitos de rendimiento, utilizando códigos adoptados del “sistema de clasificación de servicio de chasis y cojinetes de ruedas” del NLGI :
Una categoría de rendimiento determinada puede incluir grasas de diferentes consistencias. [11]
La medida de la consistencia de la grasa se expresa comúnmente por su número de consistencia NLGI .
Los elementos principales de la norma ATSM D4950 y la clasificación de consistencia de NLGI se reproducen y describen en la norma SAE J310 “grasas lubricantes para automóviles” publicada por SAE International.
La norma ISO 6743-9 “Lubricantes, aceites industriales y productos afines (clase L) — clasificación — parte 9: familia X (grasas)” , publicada por primera vez en 1987 por la Organización Internacional de Normalización , establece una clasificación detallada de las grasas utilizadas para la lubricación de equipos, componentes de máquinas, vehículos, etc. Asigna un único código multiparte a cada grasa en función de sus propiedades operativas (incluyendo rango de temperatura, efectos del agua, carga, etc.) y su número de consistencia NLGI. [12]
La grasa de silicona se basa en un aceite de silicona , generalmente espesado con sílice pirogénica amorfa .
Fluoropolímeros que contienen COC (éter) con flúor (F) unido al carbono. Son más flexibles y se utilizan a menudo en entornos exigentes debido a su inercia. Fomblin de Solvay Solexis y Krytox de DuPont son ejemplos destacados.
Las grasas a base de Apiezon, silicona y fluoroéter se utilizan comúnmente en laboratorios para lubricar llaves de paso y juntas de vidrio esmerilado. La grasa ayuda a evitar que las juntas se "congelen", además de garantizar que los sistemas de alto vacío estén correctamente sellados. Las grasas a base de hidrocarburos Apiezon o similares son las más económicas y las más adecuadas para aplicaciones de alto vacío. Sin embargo, se disuelven en muchos disolventes orgánicos . Esta cualidad hace que la limpieza con pentano o hexanos sea trivial, pero también conduce fácilmente a la contaminación de las mezclas de reacción.
Las grasas a base de silicona son más económicas que las grasas a base de fluoroéter. Son relativamente inertes y, por lo general, no afectan las reacciones, aunque las mezclas de reacción suelen contaminarse (detectado mediante RMN cerca de δ 0 [13] ). Las grasas a base de silicona no se eliminan fácilmente con disolvente, pero se eliminan de manera eficiente sumergiéndolas en un baño de base.
Las grasas a base de fluoroéter son inertes a muchas sustancias, incluidos solventes, ácidos , bases y oxidantes . Sin embargo, son caras y no se eliminan fácilmente.
Las grasas de grado alimenticio son aquellas grasas que pueden entrar en contacto con los alimentos y, como tales, se requiere que sean seguras para digerir. El aceite base lubricante de grado alimenticio es generalmente petroquímico bajo en azufre, menos fácilmente oxidable y emulsionable. Otro aceite base de poli-α olefina de uso común también. [ aclaración necesaria ] El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) tiene tres designaciones de grado alimenticio: H1, H2 y H3. Los lubricantes H1 son lubricantes de grado alimenticio que se utilizan en entornos de procesamiento de alimentos donde existe la posibilidad de contacto incidental con alimentos. Los lubricantes H2 son lubricantes industriales que se utilizan en equipos y piezas de máquinas en lugares sin posibilidad de contacto. Los lubricantes H3 son lubricantes de grado alimenticio, generalmente aceites comestibles, que se utilizan para prevenir la oxidación en ganchos, carros y equipos similares. [ cita requerida ]
En algunos casos, la lubricación y la alta viscosidad de una grasa son deseables en situaciones en las que se requieren materiales no tóxicos y no basados en aceite. La carboximetilcelulosa , o CMC, es un material popular que se utiliza para crear un análogo de grasas a base de agua. La CMC sirve tanto para espesar la solución como para agregar un efecto lubricante, y a menudo se agregan lubricantes a base de silicona para una lubricación adicional. El ejemplo más conocido de este tipo de lubricante, utilizado como lubricante quirúrgico y personal , es KY Jelly .
La grasa de corcho es un lubricante que se utiliza para lubricar el corcho, por ejemplo, en instrumentos de viento musicales. Se suele aplicar con pequeños aplicadores similares a bálsamos o pintalabios. [14]
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