Tribología
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Prof.: Ing. Verónica Flores
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Prof.: Ing. Verónica Flores
Tribología
La tribología es la ciencia y técnica que
estudia la interacción entre superficies en
movimiento y los problemas relacionados con
ellos: desgaste, fricción, adhesión y
lubricación.
Del griego tribos, que significa
rozamiento y logia que viene
a ser ciencia, por tanto la
traducción literal será “la
ciencia del rozamiento”.
En la interacción entre dos superficies aparecen diversos
fenómenos cuyo conocimiento es de vital importancia. Estos
tres fenómenos fundamentales que aparecen son:
FRICCIÓN: Efecto que proviene de la existencia de fuerzas
tangenciales que aparecen entre dos superficies sólidas en
contacto cuando permanecen unidas por la existencia de
esfuerzos normales a las mismas.
DESGASTE: Consiste en la desaparición de material de la
superficie de un cuerpo como consecuencia de la interacción
con otro cuerpo.
ADHESIÓN: Capacidad para generar fuerzas normales
entre dos
superficies después de que han sido mantenidas juntas. Es
decir,
la capacidad de mantener dos cuerpos unidos por la
generación anterior de fuerzas de unión entre ambos.
El objetivo de la tribología:
Dependiendo de la situación el objetivo a
alcanzar puede ser distinto:
Mínimo desgaste y mínima fricción:
rodamientos, engranajes, levas... gracias a la
lubricación y las capas de recubrimiento.
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 fricción es la fuerza que se opone al movimiento
y se expresa en términos relativos de fuerza, como
el coeficiente entre la fuerza de fricción y la carga
nominal a la superficies de contacto, se representa
por , que es un coeficiente adimensional, es decir,
carece de unidades ya que las dos fuerzas se
miden en las mismas unidades
Hay que distinguir entre dos situaciones:
1. 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.
2. FUERZA DE FRICCIÓN CINÉTICA O
DINÁMICA: La necesaria para
mantener el movimiento. De valor
menor a la anterior.
El desgaste es el daño de la superficie por
remoción de material de una o ambas
superficies sólidas en movimiento relativo. Es
un proceso en el cual las capas superficiales
de un sólido se rompen o se desprenden de
la superficie.
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 ambiente,
principalmente la humedad y principalmente por la acción del
oxígeno atmosférico o disuelto en el lubricante, sobre las
superficies en movimiento.
Tipos de Desgaste
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.
Desgaste Fretting: es el desgaste producido por las vibraciones
inducidas por un fluido a su paso por una conducción.
Desgaste de Impacto: son las deformaciones producidas por
golpes y que producen una erosión en el material.
Tipos de Desgaste
Un lubricante sustancia o materia
no abrasiva que introducida entre
dos superficies en movimiento
tiende a separarlas, no se degrada,
y forma así mismo una película que
impide su contacto, permitiendo su
movimiento incluso a elevadas
presiones y temperaturas.
Tipos de lubricantes:
- Sólidos: Grafito.
- Semi sólidos: Grasas
- Líquidos: Aceites
- Gaseosos.
El propósito de la lubricación es la separación de
dos superficies con deslizamiento relativo entre sí
de tal manera que no se produzca daño en ellas:
se intenta con ello que el proceso de
deslizamiento sea con el rozamiento más
pequeño posible.
Para conseguir esto se intenta, siempre que sea
posible, que haya una película de lubricante de
espesor suficiente entre las dos superficies en
contacto para evitar el desgaste.
Reducir el desgaste:
Reducir la fricción.
Refrigerar.
Sellar.
Proteger contra la oxidación.
Obtener movimientos uniformes.
Evitar el ruido, como medio amortiguador y
aislante.
Transmitir potencia.
Remover o atrapar contaminantes.
PROLONGAR LA VIDA ÚTIL DE LOS EQUIPOS
Funciones básicas de la lubricación
Características Físico Química de
los Lubricantes
• Viscosidad cst (40ºC y a 100ºC)
• Índice de Viscosidad
• Punto de Escurrimiento – Punto Minimo de
Fluidez
• Punto de Inflamación.
• Color
• TBN
• TAN
Viscosidad:
Medida de la resistencia de un líquido a fluir.
La medida común métrica de la viscosidad absoluta es el
Poise, que es definido como la fuerza necesaria para mover un
centímetro cuadrado de área sobre una superficie paralela a
la velocidad de 1 cm por segundo, con las superficies
separadas por una película lubricante de 1 cm de espesor.
La viscosidad varía inversamente proporcional a la
temperatura. Por eso su valor no tiene utilidad si no se relaciona
con la temperatura a la que el resultado es reportado
Un aceite delgado es menos resistente a fluir, por eso su viscosidad
es baja. Un aceite grueso es más resistente a fluir y por eso tiene una
viscosidad más alta.
•La viscosidad varia
inversamente con la
temperatura, es decir, si
la temperatura aumenta
la viscosidad baja y
viceversa.
• El índice de Viscosidad
(IV) es un número
empírico (sin medida)
que indica el efecto de
variación de la
viscosidad del aceite
con la temperatura.
Punto de Escurrimiento – Punto
Minimo de Fluidez.
• Temperatura a la cual un aceite
deja de fluir por gravedad.
Aceite de Relleno Ej.: Motor Oil SAE 50
-9ºC
Aceite Multigrado Ej.: SAE 5W50 (100%
Sintético)
-54 ºC
Punto de Inflamación
• Temperatura a la cual se inflaman los
vapores
desprendidos del aceite.
Todos soportan sobre los 200 ºC
TIPOS DE LUBRICACIÓN:
Lubricación Hidrodinámica: Un colchón de aceite líquido
encapsula o cubre el ítem lubricado y lo mantiene separado
de las demás piezas.
Si el aceite es muy delgado, puede ser desplazado y permitir
contacto. Si es muy viscoso tarda más para llegar y crear
presión (el colchón) en los cojinetes y crea desgaste adicional.
Si el aceite cizalla excesivamente este colchón se rompe. La
presión de aceite normalmente es medido en el pasaje a los
cojinetes de bancada. Baja presión indica un colchón débil;
presión excesiva indica mucha restricción para un flujo
adecuado a todas las piezas que requieren lubricación.
Lubricación Elasto-hidrodinámica:
Es el tipo de lubricación que ocurre en elementos altamente
cargados donde la presión es tal que la deformación elástica de
las superficies metálicas influye considerablemente en la formación
del espesor de película.
Se presenta en mecanismos en los cuales las rugosidades de las
superficies de fricción trabajan siempre entrelazadas y nunca
llegan a separarse. En este caso el lubricante se solidifica y las
crestas permanentemente se están deformando elásticamente. El
control del desgaste y el consumo de energía depende de la
película adherida a las rugosidades.
Lubricación por capa Límite: Cuando el aceite es totalmente desplazado, arrastrado por los
anillos de control de aceite o la acción deslizante del tren de
válvulas, además de los cojinetes durante el arranque hasta que
llegue el aceite, la lubricación es suministrada por los aditivos anti-
desgaste. Estos compuestos polares son adheridos a las superficies
metálicas, aunque pueden ser arrastrados por uso continuo en este
modo (cuando falta aceite líquido) o combustible en el aceite.
Lubricación Mixta: Esto es una combinación de lubricación
hidrodinámica y lubricación límite.
Aditivos
Son compuestos químicos cuyas
funciones principales son:
• Limitar el deterioro del lubricante
• Proteger las superficies
• Mejorar las propiedades del lubricante
o proporcionarle otras nuevas.
Color
• Se determina por comparación de acuerdo a
norma
ASTM D-1500
- La escala va desde 0 (transparente) hasta 8
(negro)
TBN (Total Basic Number)
Reserva alcalina que tienen los aceites para
contrarrestar
los ácidos (H2SO4 – H2SO3) producidos por el
azufre
(S) del petróleo.
TAN (Total Acid Number)
Reserva ácida que tienen los aceites para
contrarrestar los
productos básicos (KOH)
Feliz día
