Lubricantes para industria del vidrio:
formadoras IS, moldes y transportes de lehr
La fabricación de vidrio hueco opera a temperaturas que van de 1.050°C en la formadora hasta 600°C en la cadena del horno de recocido (lehr). En cada etapa, el lubricante correcto marca la diferencia entre producción continua y paradas por desgaste, defectos de superficie o contaminación del producto.
El proceso de fabricación de vidrio hueco (botellas, tarros, frascos) presenta una de las secuencias térmicas más extremas de cualquier industria: la gota de vidrio fundido sale del alimentador a 1.050-1.100°C, es formada en moldes de hierro fundido a alta velocidad, transferida mediante pinzas mecánicas, transportada por el lehr de recocido a 600°C y finalmente inspeccionada y paletizada a temperatura ambiente.
En cada etapa, los mecanismos móviles requieren lubricación específica: el aceite de molde que actúa como agente de desmoldeo, las grasas de los mecanismos cinemáticos de la formadora IS, los lubricantes de cadena del lehr y los aceites de los actuadores neumáticos de soplado. Un error de formulación puede contaminar el vidrio, crear defectos de superficie o provocar incendios en presencia de metales fundidos.
Contenido del artículo
- La máquina formadora IS: mecanismos y puntos críticos
- Aceite de molde (mould oil): función y formulación
- Grasas para mecanismos IS: tijeras, pinzas y transferidores
- Cadena del lehr: lubricación a 600°C con grafito coloidal
- Mecanismos neumáticos de soplado: sin silicona obligatorio
- Lubricación de la prensa-soplado (press-and-blow)
- Tabla comparativa por zona de aplicación
- Gestión de lubricantes y seguridad de incendios
1. La máquina formadora IS: mecanismos y puntos críticos
La máquina IS (Individual Section) es el estándar mundial en fabricación de vidrio hueco. Consiste en secciones independientes (8, 10 o 12 secciones típicamente) que forman botellas en paralelo a velocidades de 50-500 envases/minuto por sección. Cada sección es una pequeña fábrica con decenas de mecanismos cinemáticos que operan a frecuencias de 50-200 ciclos por minuto.
Tijeras de corte de gota
~900°C en zona de corte
Cortan la gota de vidrio del alimentador. Operación continua a alta frecuencia. Las hojas de tijera son acero especial con recubrimiento NiCr.
Canaletas y deflectores de gota
600-800°C
Guían la gota hacia el molde prerreglado (blank mold). Acero templado con recubrimiento CrN o TiN para resistencia al desgaste y erosión de vidrio.
Brazo de inversión (invert arm)
Ambiente +150°C radiación
Transfiere la paraison del molde de prerreglado al molde final (blow mold). Movimiento oscilante 180°, frecuencia 50-100 ciclos/min.
Pinzas de transferencia (tongs)
400-600°C contacto con vidrio
Extraen la botella terminada del molde y la depositan sobre la placa de empuje (dead plate). Contacto directo con vidrio a 400-600°C.
Empujador (pusher/dead plate)
100-300°C
Empuja la botella hacia la cinta de transporte del lehr. La placa dead plate refrigerada por agua actúa como primera zona de enfriamiento.
Platos de cierre de molde
200-500°C en molde activo
Accionan la apertura y cierre de los semimoldes. Operación de alta frecuencia con cargas de cierre de 500-2.000 N.
Riesgo de incendio: punto de inflamación del lubricante
En la máquina IS, los lubricantes se aplican cerca de vidrio fundido a más de 1.000°C y metales a 400-600°C. El punto de inflamación del lubricante debe ser muy superior a la temperatura de contacto. Regla práctica: punto de inflamación Cleveland (COC) ≥ temperatura de operación × 1,5. Para zonas de 400°C, se requieren lubricantes con COC ≥ 300°C. Los aceites minerales convencionales (COC 200-220°C) son inadecuados en zonas calientes de la IS.
2. Aceite de molde (mould oil): función y formulación
El aceite de molde es el lubricante más crítico en la fabricación de vidrio hueco. Se aplica al interior de los semimoldes de hierro fundido (blank mold y blow mold) mediante boquillas de spray, mopas o sistemas de lubricación automática, con el doble objetivo de facilitar el desmoldeo del vidrio y proteger la superficie del molde del desgaste erosivo.
2.1 Funciones del aceite de molde
Funciones primarias
- → Desmoldeo: evita la adherencia del vidrio a la pared del molde
- → Transmisión de calor: extrae calor del vidrio hacia el molde refrigerado
- → Lubricación de superficie: reduce la fricción vidrio-molde en el soplado
- → Protección del molde: barrera contra erosión química del vidrio fundido
Requisitos fundamentales
- → Evaporación limpia: sin residuo carbonoso (carbón) sobre el molde
- → Sin silicona: la silicona crea defectos superficiales en el vidrio
- → Sin azufre: el azufre puede reaccionar con el vidrio sódico-cálcico
- → Baja toxicidad: los operarios están expuestos a vapores en la aplicación
- → Estabilidad a 500°C del molde: no coking ni barniz en superficie
2.2 Tipos de aceite de molde
| Tipo | Base | Ventajas | Limitaciones |
|---|---|---|---|
| Mineral bajo aromático | Parafínico Group II/III muy bajo en aromáticos | Bajo coste, buena disponibilidad, evaporación razonablemente limpia | Puede dejar residuo carbonoso a temperatura alta; humos en operario |
| PAO (polialfaolefina) | Sintético, PAO VG 4-6 | Evaporación muy limpia, sin residuo carbonoso, estabilidad térmica superior | Mayor coste; menor poder de desmoldeo que mineral sin aditivos |
| Éster sintético | Éster adipato o trimellitato VG 5-10 | Excelente poder desmoldeo, bajo punto de rocío, biodegradable | Puede hidrolizarse en condiciones húmedas; precio medio-alto |
| Silicona (polidimetilsiloxano) | PDMS 100-1.000 cSt | Excelente desmoldeo térmico, estabilidad hasta 200-250°C | PROHIBIDO en vidrio de envase: contamina la superficie y causa defectos cosméticos graves (crater, bloom) |
| Aceite de colza/girasol | Éster vegetal natural | Biodegradable, bajo impacto ambiental, buenas propiedades desmoldeo | Oxidación y polimerización a alta temperatura; residuo pegajoso |
2.3 Aplicación: spray automático vs. mopa manual
Spray automático (preferido)
- → Boquilla de aire-aceite integrada en la IS
- → Dosis controlada por PLC: 0,05-0,3 ml/ciclo
- → Frecuencia programable: cada 1-5 ciclos
- → Distribución uniforme en toda la superficie del molde
- → Sin exposición del operario a vapores calientes
- → Aceite de viscosidad baja: VG 4-8 para pulverización fina
Mopa manual (swabbing)
- → Operario aplica con mopa de fibra de vidrio o acero
- → Frecuencia: 20-50 botellas por aplicación según producción
- → Permite mayor dosis en zonas de mayor temperatura
- → Mayor exposición a humos: requiere EPI y ventilación
- → Aceite de mayor viscosidad: VG 15-32 para mejor adherencia
- → Riesgo de sobre-lubricación: defectos de superficie en vidrio
Defecto por aceite de molde incorrecto: COKING
El coking es la deposición de residuo carbonoso (carbón de coque) sobre la superficie del molde debido a la descomposición oxidativa del aceite. Este residuo actúa como aislante térmico, altera la distribución de temperatura en el vidrio y genera defectos como rayas, marcas y burbujas en el envase. La eliminación del coking requiere parada de la sección y limpieza abrasiva del molde (shot blasting). Un aceite de molde de alta estabilidad térmica (índice de coking <5 mg/g a 300°C) previene este problema.
3. Grasas para mecanismos IS: tijeras, pinzas y transferidores
Los mecanismos cinemáticos de la IS (ejes, articulaciones, guías deslizantes) requieren grasas de alta temperatura con capacidad para operar en presencia de radiación infrarroja intensa y posibles salpicaduras de aceite de molde. La temperatura ambiental en la zona de la máquina IS alcanza los 80-120°C, con picos de 200-300°C en zonas de alta radiación.
| Mecanismo | Lubricante recomendado | NLGI | T máx. |
|---|---|---|---|
| Ejes oscilantes del brazo de inversión | Grasa PFPE (perfluoropoliéter) o PAO Li-complejo alta T | NLGI 2 | 260°C (PFPE) / 150°C (PAO) |
| Guías deslizantes de plato de molde | Grasa grafitada Li-complejo, COC > 280°C | NLGI 2 | 200°C |
| Tijeras de corte de gota (articulaciones) | Grasa de grafito coloidal sin base aceite (pasta seca) | N/A | >400°C |
| Eje de pivote de pinzas de transferencia | Grasa Ca-sulfonato o PFPE para alta temperatura | NLGI 1-2 | 200-260°C |
| Actuadores y levas de la IS | Aceite de engranajes CLP VG 150 sintético PAO | N/A (aceite) | 150°C |
| Mecanismo del empujador (pusher) | Grasa Li-complejo EP, zona de confort <120°C | NLGI 2 | 130°C |
| Cojinetes de rodillos de cinta de entrada lehr | Grasa poliurea NLGI 2 alta temperatura, sellado de vida | NLGI 2 | 180°C |
PFPE: el lubricante definitivo para alta temperatura
Los lubricantes PFPE (perfluoropoliéter, marca comercial Krytox®, Fomblin®) ofrecen estabilidad térmica hasta 260-300°C de forma continua, son químicamente inertes (no reaccionan con vidrio ni con vapores de aceite de molde) y tienen una presión de vapor extremadamente baja. Su limitación principal es el precio: 10-30 veces superior a grasas convencionales. Se justifican solo en puntos de muy alta temperatura o donde la contaminación del lubricante sobre el vidrio sea inaceptable (vidrio óptico, farmacéutico, cosmético premium).
4. Cadena del lehr: lubricación a 600°C con grafito coloidal
El lehr (horno de recocido) es el túnel por el que pasan las botellas recién formadas para ser enfriadas de forma controlada desde ~600°C hasta temperatura ambiente. Las cadenas de acero inoxidable o aleación especial que transportan las botellas a través del lehr operan en un gradiente térmico extremo: 600°C en la entrada, 100°C en la salida, con una longitud de 40-80 metros.
4.1 Tipos de cadenas y sus requisitos
Zona caliente (entrada): 400-600°C
Cadena de eslabones de AISI 310 o Inconel 625. A estas temperaturas ningún lubricante convencional es estable. Se usa grafito coloidal en suspensión acuosa o en portador de polietilenglicol (PEG) de alta volatilidad. El agua/PEG se evapora y deja una película sólida de grafito en los pasadores y eslabones.
Zona media: 200-400°C
Aceites sintéticos de muy alta temperatura (ésteres de trimellitato, polialfaolefinas pesadas ISO VG 220-460) o grasas de grafito en base sintética. El lubricante puede ser líquido en este rango. Los sistemas de lubricación centralizada aplican dosis muy pequeñas (0,01-0,05 ml/pasador/hora).
Zona fría (salida): 50-200°C
Aceites de cadena convencionales o grasas sintéticas NLGI 0-1 de alta temperatura (Li-complejo o poliurea). La lubricación en este tramo sigue siendo crítica: es donde la cadena soporta la mayor tensión mecánica al arrastrar las botellas ya frías y pesadas.
4.2 Grafito coloidal: el lubricante de zona caliente
El grafito coloidal en suspensión acuosa es la única solución práctica para la lubricación de cadenas a más de 400°C. El mecanismo es el siguiente:
1. Aplicación
Suspensión acuosa de grafito 5-15% en peso se dosifica sobre los pasadores de la cadena mediante boquilla de goteo o spray
2. Evaporación
El agua se evapora en fracciones de segundo al contactar con la cadena caliente (100-300°C). No hay llama ni humos tóxicos
3. Depósito sólido
Quedan partículas de grafito coloidal (1-5 µm) depositadas en los intersticios pasador-eslabón
4. Lubricación sólida
El grafito actúa como lubricante sólido en el rango 400-600°C, con coeficiente de fricción µ = 0,05-0,15
| Parámetro | Especificación típica | Impacto en proceso |
|---|---|---|
| Tamaño de partícula de grafito | D50: 1-5 µm; D90: <10 µm | Penetración en intersticios de pasador (juego 5-20 µm) |
| Concentración de grafito | 5-15% en peso | Mayor concentración: mayor lubricación pero mayor residuo acumulado |
| Portador acuoso | Agua desionizada + dispersante no iónico 0,5% | Sin dispersante: aglomeración y obstrucción de boquillas |
| Estabilidad de dispersión | Sin sedimentación en 24h (prueba estática) | Sedimentación = dosificación no uniforme |
| pH | 7-9 (ligeramente alcalino) | pH <6: corrosión de componentes de acero de la cadena |
| Contenido en cloruros | <50 ppm | Cloruros causan corrosión intergranular en AISI 310 |
| Dosis por pasador | 0,001-0,01 ml/hora según temperatura y velocidad | Exceso: acumulación de residuo; defecto: desgaste acelerado |
Alternativa ecológica: grafito en portador PEG
El polietilenglicol (PEG 200-400) como portador del grafito ofrece ventajas sobre el agua en climas fríos (sin riesgo de congelación en tuberías del sistema de lubricación exterior al lehr) y permite dosificación más precisa al tener mayor viscosidad. El PEG se descompone completamente a 300-350°C sin residuo tóxico. Es la solución preferida en plantas que operan en entornos <0°C.
5. Mecanismos neumáticos de soplado: sin silicona obligatorio
La máquina IS utiliza actuadores neumáticos para el soplado de la paraison dentro del molde (blow mechanism), el cierre de moldes y el accionamiento de varios mecanismos. El lubricante de estos sistemas neumáticos tiene un requisito absoluto: prohibición total de silicona.
PROHIBICIÓN ABSOLUTA: Silicona en sistemas neumáticos de vidrio
La silicona (polidimetilsiloxano, PDMS) en el lubricante neumático puede migrar a través de las válvulas y llegar a la cavidad del molde. El PDMS se descompone a 400-500°C sobre la superficie del vidrio caliente y deja una película inorgánica de SiO₂ (sílice). Esta contaminación es invisible en inspección visual pero causa defectos graves de adhesión: las etiquetas autoadhesivas no pegan sobre el vidrio contaminado con silicona, y los recubrimientos de frío (cold end coating) pierden adherencia. El rechazo de producto puede afectar lotes completos.
Lubricante neumático: qué usar
- ✓ Aceite de parafina white oil USP (mineral de alta pureza)
- ✓ Aceite PAO 4-10 cSt sintético sin aditivos siliconados
- ✓ Éster sintético de bajo punto de niebla
- ✓ Viscosidad ISO VG 10-32 para nebulizador de línea de aire
- ✓ Sin aditivos de silicona, sin agentes antiespuma siliconados
- ✓ COC > 160°C (temperatura del aire comprimido en válvulas puede subir)
Qué no debe usarse jamás
- ✗ Aceites con antiespumante de PDMS (polidimetilsiloxano)
- ✗ Lubricantes universales en spray (WD-40, 3-EN-UNO) con silicona
- ✗ Grasas de silicona en juntas de válvulas neumáticas
- ✗ Sellos de silicona en actuadores conectados a cavidad de molde
- ✗ Cualquier lubricante que contenga "-silox-" o "dimethicone" en composición
6. Lubricación de la prensa-soplado (press-and-blow)
El proceso press-and-blow (P&B) para la fabricación de tarros boca ancha y botellas de pared delgada utiliza un plunger (émbolo) metálico que penetra en la gota de vidrio para formar el prerreglado. La lubricación del plunger es crítica: sin lubricación, el acero del plunger se adhiere al vidrio fundido y destroza la paraison.
Lubricación de plunger: aceite de plunger
Aceite especial para plunger aplicado mediante nebulizador interno que introduce el lubricante por el interior hueco del plunger (refrigerado internamente por agua) y lo expulsa por microorificios hacia la superficie exterior que contacta con el vidrio.
- → Base PAO o éster sintético VG 15-32
- → Sin azufre, sin cloruros, sin silicona
- → Bajo residuo de evaporación (<3% a 250°C)
- → COC mínimo 230°C
Materiales del plunger y compatibilidad
Los plungers modernos son de cerámica técnica (Si₃N₄ o ZrO₂) o acero especial con recubrimiento de CrN o TiAlN. La cerámica ofrece mayor resistencia al desgaste y menor tendencia a adherirse al vidrio, pero aún requiere lubricación para evacuación de calor y formación de película de separación.
- → Cerámica Si₃N₄: temperatura > 900°C posible sin lubricante
- → Acero CrN: temperatura < 600°C, requiere lubricación activa
- → ZrO₂: alta inercia química, menor transferencia de calor
7. Tabla comparativa por zona de aplicación
| Zona / Aplicación | Lubricante | T operación | Restricciones | Intervalo |
|---|---|---|---|---|
| Molde blank/blow (desmoldeo) | Aceite de molde PAO/éster VG 4-8 | 400-600°C molde | Sin silicona, sin azufre, sin residuo | Cada 1-5 ciclos (spray auto) |
| Cadena lehr zona caliente | Grafito coloidal suspensión acuosa 5-15% | 400-600°C | Sin cloruros <50 ppm | Dosificación continua 0,001-0,01 ml/h |
| Cadena lehr zona media | Aceite sintético VG 220-460 alta T o grafito | 200-400°C | COC >300°C; sin residuo | Dosificación continua o periódica |
| Cadena lehr zona fría | Grasa Li-complejo o poliurea NLGI 0-1 | 50-200°C | Alta adhesión, sin residuo excesivo | Semanal o sistema centralizado |
| Mecanismos IS — articulaciones calientes | Grasa PFPE o PAO Li-complejo alta T | 150-260°C | Sin silicona, COC >280°C | 500-2.000 ciclos de producción |
| Mecanismos IS — tijeras de gota | Pasta de grafito seco sin aceite | >400°C | Solo sólidos; sin aceite que arda | Por inspección o cada 8h |
| Neumáticos de soplado y válvulas | Aceite mineral white oil o PAO VG 10-32 | <100°C en actuador | CERO silicona — restricción absoluta | Nebulizador continuo o semanal |
| Plunger (press-and-blow) | Aceite de plunger PAO/éster VG 15-32 | <600°C contacto vidrio | Sin silicona, sin azufre, residuo <3% | Nebulizador continuo |
| Cojinetes rodillo entrada lehr | Grasa poliurea NLGI 2, relleno vida | <180°C | Sin contaminación por migración | Por vida o 2-3 años |
8. Gestión de lubricantes y seguridad de incendios
La proximidad de lubricantes a vidrio fundido a 1.050°C y metales incandescentes crea un riesgo de incendio que debe gestionarse con protocolos estrictos:
🔥
Selección por punto de inflamación
Nunca usar lubricante con COC inferior a 1,5× la temperatura de operación en la zona. Zona de 400°C → COC mínimo 280-300°C. Preferir sintéticos de alta estabilidad.
🏭
Almacenamiento y manipulación
Mantener lubricantes en zona alejada de la IS y el lehr. Temperatura de almacenamiento <40°C. Recipientes cerrados herméticamente. No usar aerosoles inflamables cerca de vidrio caliente.
⚙️
Sistema de lubricación centralizado
Los sistemas centralizados minimizan la presencia de lubricante en zona de riesgo. El lubricante se lleva solo a los puntos exactos mediante tubería estanca, sin reservas abiertas junto a la IS.
🌿
Biodegradabilidad como criterio ambiental
Residuos de lubricante pueden contaminar el suelo de la planta. Preferir lubricantes de alta biodegradabilidad (OECD 301B >60%) para reducir el impacto de derrames inevitables en zona caliente.
Trazabilidad de lubricantes: ficha técnica + SDS siempre en planta
La industria del vidrio de envase alimentario (botellas de agua, vino, aceite) y farmacéutico requiere trazabilidad completa de todos los materiales en contacto con el proceso, incluidos lubricantes. La ficha técnica (TDS) y la ficha de datos de seguridad (SDS) deben estar disponibles en planta para cada lubricante en uso. Las auditorías BRC, IFS y FDA 21 CFR verifican este punto como requisito de inocuidad alimentaria.
Conclusión
La industria del vidrio hueco presenta uno de los gradientes térmicos más extremos de cualquier proceso industrial: de 1.050°C en la formadora a temperatura ambiente en la paletizadora. Cada zona requiere un lubricante específico, y la prohibición absoluta de silicona es un requisito no negociable que afecta a todos los puntos de la máquina IS y sus sistemas auxiliares.
El aceite de molde evaporable limpio, el grafito coloidal para cadenas de lehr a 600°C, las grasas PFPE para mecanismos a más de 200°C y el aceite neumático sin silicona conforman el sistema de lubricación que garantiza producción continua, calidad de vidrio y seguridad en una de las industrias manufactureras más exigentes.
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