TRIBOLOGIA
INTRODUCCIÓN A LA TRIBOLOGIA COMO CIENCIA DEFINICION.
HISTORIA. LA TRIBOLOGIA COMO
CIENCIA.
DEFINICIÓN: La palabra Tribología se deriva del término
griego “tribos”, el cual puede entenderse como "frotamiento o rozamiento", así que la traducción literal de la palabra podría ser, "la ciencia del frotamiento". Los diccionarios definen a la Tribología como la ciencia y tecnología que estudia la interacción de las superficies en movimiento relativo, así como los temas y prácticas relacionadas.
HISTORIA: En sí, la Tribología podría parecer algo nuevo, pero solamente
el término como tal lo es, ya que el interés en temas relacionados con la disciplina existe desde antes de que la historia se escribiera. El término Tribología viene usándose desde finales del siglo XX y hoy en día es usado universalmente para la ciencia que estudia la interacción entre superficies en contacto y en movimiento así como los problemas que surgen relacionados con ellos: fricción, adhesión, desgaste y lubricación Para entender a la tribología se requiere de conocimientos de física, de química y de tecnología de materiales El objetivo de la Tribología no solo es aminorar las desventajas, sino que dependiendo de la situación, el objetivo a alcanzar puede ser distinto:
HISTORIA (OBJETIVOS) : Mínimo desgaste y mínima fricción:
rodamientos, engranajes, levas…gracias a la lubricación y las capas de recubrimiento, para conservar y reducir energía, logrando así movimientos más rápidos y precisos, incrementar la productividad y reducir el mantenimiento. Mínimo desgaste y máxima fricción: frenos, embragues, neumáticos…con materiales resistentes al desgaste. Máximo desgaste y mínima fricción: lápices, deposición de lubricantes sólidos mediante deslizamiento. Máxima fricción y máximo desgaste: borradores.
LA TRIBOLOGIA COMO CIENCIA: Con la Tribología como ciencia se estudia la fricción y sus
efectos asociados, como el desgaste, tratando de prevenirlos con mejores diseños y prácticas de lubricación. Toma en cuenta, entre otros aspectos de la maquinaria industrial, los siguientes:
El diseño Los materiales de las superficies en contacto El sistema de aplicación del lubricante El medio circundante Las condiciones de operación
LA TRIBOLOGIA COMO CIENCIA (Aplicaciones) : Las aplicaciones La Tribología está presente
prácticamente en todas las piezas en movimiento tales como:
Embragues Frenos Engranes o engranajes Levas Motores eléctricos y de combustión (componentes y funcionamiento)
LA TRIBOLOGIA COMO CIENCIA (Aplicaciones) :
Turbinas Compresores Extrusión Rolado Fundición Forja Procesos de corte (herramientas y fluidos) Elementos de almacenamiento magnético Prótesis articulares (cuerpo humano)
EMBRAGUES:
FRENOS:
ENGRANES O ENGRANAJES:
LEVAS:
MOTORES ELÉCTRICOS Y DE COMBUSTIÓN:
TURBINAS:
COMPRESORES:
EXTRUSIÓN:
ROLADO:
FUNDICIÓN:
Fundamentos de la Tribología : En la iteración entre dos superficies aparecen diversos
fenómenos cuyo conocimiento es de vital importancia. Estos tres fenómenos fundamentales que aparecen son: Contacto
y Adhesión
Fricción Desgaste Lubricación
CONTACTO Y ADHESIÓN: Dos tipos: Mecánico. Fisicoquímicos.
FRICCIÓN:
Por efecto de la aplicación de fuerzas tangenciales pueden dar lugar a fricción de deslizamiento y a fricción de rodadura, con la consiguiente transmisión y disipación de energía.
FRICCIÓN: Esta resistencia al movimiento depende de: La interacción molecular (adhesión) de las superficies . La interacción mecánica entre las partes. Hay que distinguir entre dos situaciones:
FUERZA DE FRICCIÓN ESTÁTICA: La necesaria para iniciar el movimiento. Si la fuerza tangencial aplicada es menor a este valor, no existe movimiento y la fuerza de fricción es igual o mayor a la tangencial aplicada. (Ver resúmenes manual coeficientes de fricción) EJEMPLO FUERZA DE FRICCIÓN CINÉTICA O DINÁMICA: La necesaria para mantener el movimiento. De valor menor a la anterior. EJEMPLO
FRICCIÓN: LEYES FUNDAMENTALES: La fuerza de fricción es proporcional a la carga o fuerza normal. F=µ∙N La fuerza de fricción es independiente del área aparente de contacto(Aa: área de deslizamiento). Por esta razón objetos grandes y pequeños del mismo par de materiales, presentan el mismo coeficiente de fricción. La fuerza de fricción teóricamente es independiente de la velocidad de deslizamiento (aunque no es así en la práctica debido a la sensibilidad de los materiales de fricción a la presión, a la velocidad y a la temperatura).
FRICCIÓN:
FUERZA DE FRICCIÓN ESTÁTICA:
FUERZA DE FRICCIÓN CINÉTICA O DINÁMICA: MATERIAL
µS
µK
Madera sobre madera
0.7
0.4
Acero sobre acero
0.15
0.09
Metal sobre cuero
0.6
0.5
Madera sobre cuero
0.5
0.4
Caucho sobre concreto, seco
0.9
0.7
0.7
0.57
húmedo
FUERZA DE FRICCIÓN CINÉTICA O DINÁMICA:
COLOCAR UN BLOQUE CUYO PESO ES W, SOBRE UNA SUPERFICIE INCLINADA UN ÁNGULO , LISA CON s = 0 (NULO) = 0°
= 5°
= 15°
= 25°
x
DESGASTE: El desgaste es el daño de la superficie por
remoción de material de una o ambas superficies sólidas en movimiento relativo. Tipos de desgaste según su origen: Desgaste
por fatiga. Desgaste abrasivo. Desgaste por erosión. Desgaste por corrosión. Desgaste por frotación. Desgaste adhesivo.
DESGASTE POR FATIGA: Surge por concentración de tensiones mayores a las que puede soportar el material, incluye las dislocaciones, formación de cavidades y grietas.
DESGASTE ABRASIVO: Es el daño por la acción de partículas sólidas presentes en la zona del rozamiento.
DESGASTE POR EROSIÓN: Es producido por una corriente de partículas abrasivas, muy común en turbinas de gas, tubos de escape y de motores.
DESGASTE POR CORROSIÓN: Originado por la influencia del medio ambiente, principalmente la humedad, seguido de la eliminación por abrasión, fatiga o erosión, de la capa del compuesto formado. A este grupo pertenece el Desgaste por oxidación. Ocasionado principalmente por la acción del oxígeno atmosférico o disuelto en el lubricante, sobre las superficies en movimiento.
DESGASTE POR FROTACIÓN: Aquí se conjugan las cuatro formas de desgaste, en este caso los cuerpos en movimiento tienen movimientos de oscilación de una amplitud menos de 100 μm. Generalmente se da en sistemas ensamblados.
DESGASTE ADHESIVO: Es el proceso por el cual se transfiere material de una a otra superficie durante su movimiento relativo, como resultado de soldado en frío en puntos de interacción de asperezas, en algunos casos parte del material desprendido regresa a su superficie original o se libera en forma de virutas o rebaba.
LUBRICACIÓN: Tipos de lubricación.
Lubricantes: Líquidos.
Sólidos. Aceites
animales, vegetales y de pescado. Grasas.
TIPOS DE LUBRICACIÓN: Las superficies pueden estar secas o lubricadas.
Fricción
en seco. Lubricación límite o grasosa. Lubricación completa o viscosa. Lubricación incompleta o mixta.
FRICCION EN SECO: Se dice de las superficies que no cuentan con la
presencia de fluidos o películas contaminantes. Como ejemplos podemos mencionar la fricción de las zapatas de freno sobre la rueda de un ferrocarril.
LUBRICACIÓN LIMITE O GRASOSA:
Sucede cuando las superficies en frotamiento están separadas entre si por una película muy delgada de lubricante. En este caso, la lubricación depende de la fuerte adhesión del lubricante al material de las superficies que se frotan, las capas de lubricante resbalan una sobre la otra, en lugar de que lo hagan las superficies secas. Ejemplos: un muñón al arrancar, invertir su sentido de giro o girar a velocidad muy baja bajo una carga pesada.
LUBRICACIÓN COMPLETA O VISCOSA: Sucede cuando la lubricación se dispone de modo que
las superficies que se frotan queden separadas por una película de fluido, y la carga en las superficies quede por completo soportada por la presión hidrostática o hidrodinámica de la película. Ejemplos de lubricación completa son anillos de lubricación, los cojinetes de empuje del tipo de zapata pivotada y las chumaceras, los cojinetes que funcionan en un baño de aceite, los cojinetes hidrostáticos de aceite, las sustentaciones de aceite y las quicioneras.
LUBRICACIÓN INCOMPLETA O MIXTA: Se tiene si la carga sobre las superficies que
se frotan es soportada parcialmente por una película viscosa de fluidos y por otra parte, por zonas de lubricación límite. La fricción intermedia entre la de lubricación fluida y la límite. Ejemplos: los cojinetes con lubricación de alimentación por goteo, con empaquetadura de estopa o de alimentación por mecha, o en los cojinetes de superficies paralelas.
LUBRICANTES: LIQUIDOS:
Son los de uso mas frecuente y los que se basan en fracciones de petróleo refinado o en fluidos sintéticos. Los lubricantes líquidos de petróleo son los de uso mas extenso, debido a su adaptabilidad general a la mayoría de los equipos existentes o por su disponibilidad a un costo moderado.
Fluidos sintéticos: Fluidos resistentes al fuego:
LUBRICANTES: SÓLIDOS:
Un lubricante sólido es una película delgada constituida por sólido o una combinación de sólidos introducida entre dos superficies en rozamiento con el fin de modificar la fricción y el desgaste.
Lubricantes sólidos no ligados:
Lubricantes sólidos ligados:
LUBRICANTES: ACEITES ANIMALES, VEGETALES Y DE PESCADO: Los
aceites grasos se obtienen a partir
de la extracción de los aceites de muchas fuentes vegetales y de la grasa de los animales domésticos y también del pescado. Su característica común se basa en su estructura química glicérica.
LUBRICANTES: GRASAS: Las
grasas lubricantes se forman al dispersar un agente espesador en un lubricante liquido. Los jabones son los espesadores más comunes. Los jabones se forman por la reacción de grasas animales o vegetales.
BIBLIOGRAFIA: Manual del Ingeniero Mecánico.
Editorial: Mc. Graw Hill Autor: Eugene A. Avallone / Theodore Baumeister III Págs: Fricción 3.23-3.36 Tribología. Editorial: Selección de publicaciones. Autor: Luis Arizmendi Espuñes. Consejo superior de Investigaciones Científicas. Páginas Web de interés: www.roadhouse.es/manual/cap2.PDF Fabricantes de lubricantes: www.metallube.es www.balzers.com.ar/bar/spa/02-applications/01-weartribology/indexW3DnavidW263.php (Efectos tribológicos bajo el microscopio)
FIN
