Tema I: Impacto de la Tribología en los Costos de Manufactura y Medio Ambiente.
Tribología
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TRIBOLOGIA
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TRIBOLOGIA
INTRODUCCIÓN A LA TRIBOLOGIA COMO CIENCIA
Definición
Historia.
La Tribología como Ciencia.
DEFINICIÓN:
La palabra Tribología se deriva del término griego“tribos”, el cual puede entenderse como"frotamiento o rozamiento", así que la traducciónliteral de la palabra podría ser, "la ciencia delfrotamiento".
Los diccionarios definen a la Tribología como laciencia y tecnología que estudia la interacción delas superficies en movimiento relativo, así comolos temas y prácticas relacionadas.
HISTORIA:
En sí, la Tribología podría parecer algo nuevo, pero solamenteel término como tal lo es, ya que el interés en temasrelacionados con la disciplina existe desde antes de que lahistoria se escribiera.
El término Tribología viene usándose desde finales del siglo XXy hoy en día es usado universalmente para la ciencia queestudia la interacción entre superficies en contacto y enmovimiento así como los problemas que surgen relacionadoscon ellos: fricción, adhesión, desgaste y lubricación
Para entender a la tribología se requiere de conocimientos defísica, de química y de tecnología de materiales.
El objetivo de la Tribología no solo es aminorar lasdesventajas, sino que dependiendo de la situación, el objetivoa 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 susefectos asociados, como el desgaste, tratando de prevenirloscon mejores diseños y prácticas de lubricación. Toma encuenta, entre otros aspectos de la maquinaria industrial, lossiguientes:
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 presenteprácticamente en todas las piezas en movimientotales 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 diversosfenómenos cuyo conocimiento es de vital importancia. Estostres 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.
FUERZA DE FRICCIÓN CINÉTICA O DINÁMICA: La necesaria para mantener el movimiento. De valor menor a la anterior.
FRICCIÓN: LEYES FUNDAMENTALES:
La fuerza de fricción es proporcional a la carga o fuerza normal.
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
húmedo 0.7 0.57
FUERZA DE FRICCIÓN CINÉTICA O DINÁMICA:
COLOCAR UN BLOQUE CUYO PESO ES W, SOBRE UNA SUPERFICIE INCLINADA UN ÁNGULO , LISA CON
s = 0 (NULO)
x
= 25°
= 15°
= 5°
= 0°
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 puedesoportar el material, incluye las dislocaciones, formación decavidades 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 partículasabrasivas, muy común en turbinas de gas, tubos deescape y de motores.
DESGASTE POR CORROSIÓN:
Originado por la influencia del medio ambiente, principalmente lahumedad, seguido de la eliminación por abrasión, fatiga oerosión, de la capa del compuesto formado. A este grupo perteneceel Desgaste por oxidación. Ocasionado principalmente por la accióndel oxígeno atmosférico o disuelto en el lubricante, sobre lassuperficies 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 unaamplitud menos de 100 μm. Generalmente se da en sistemasensamblados.
DESGASTE ADHESIVO:
Es el proceso por el cual se transfiere material de una a otra
superficie durante su movimiento relativo, como resultado desoldado en frío en puntos de interacción de asperezas, en algunoscasos parte del material desprendido regresa a su superficieoriginal 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 defluidos o películas contaminantes. Como ejemplos podemosmencionar la fricción de las zapatas de freno sobre la rueda de unferrocarril.
LUBRICACIÓN LIMITE O GRASOSA:
Sucede cuando las superficies en frotamiento están separadasentre si por una película muy delgada de lubricante. En estecaso, la lubricación depende de la fuerte adhesión del lubricante almaterial de las superficies que se frotan, las capas de lubricanteresbalan una sobre la otra, en lugar de que lo hagan las superficiessecas.
Ejemplos: un muñón al arrancar, invertir su sentido de giro o girara velocidad muy baja bajo una carga pesada.
LUBRICACIÓN COMPLETA O VISCOSA:
Sucede cuando la lubricación se dispone de modo que lassuperficies que se frotan queden separadas por una película defluido, y la carga en las superficies quede por completo soportadapor la presión hidrostática o hidrodinámica de la película.
Ejemplos de lubricación completa son anillos de lubricación, loscojinetes de empuje del tipo de zapata pivotada y laschumaceras, los cojinetes que funcionan en un baño de aceite, loscojinetes hidrostáticos de aceite, las sustentaciones de aceite y lasquicioneras.
LUBRICACIÓN INCOMPLETA O MIXTA:
Se tiene si la carga sobre las superficies que se frotan essoportada parcialmente por una película viscosa de fluidos ypor otra parte, por zonas de lubricación límite. La fricciónintermedia entre la de lubricación fluida y la límite.
Ejemplos: los cojinetes con lubricación de alimentación porgoteo, con empaquetadura de estopa o de alimentación pormecha, o en los cojinetes de superficies paralelas.
LUBRICANTES:
LIQUIDOS:
Son los de uso mas frecuente y los que se basan enfracciones de petróleo refinado o en fluidos sintéticos.Los lubricantes líquidos de petróleo son los de uso masextenso, debido a su adaptabilidad general a la mayoríade los equipos existentes o por su disponibilidad a uncosto moderado.
• Fluidos sintéticos:
• Fluidos resistentes al fuego:
LUBRICANTES:
SÓLIDOS:
Un lubricante sólido es una película delgada constituida porsólido o una combinación de sólidos introducida entre dossuperficies en rozamiento con el fin de modificar la fricción yel 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 delos aceites de muchas fuentes vegetales y de la grasa de losanimales domésticos y también del pescado. Sucaracterística común se basa en su estructura químicaglicérica.
LUBRICANTES:
GRASAS:
Las grasas lubricantes se forman al dispersar un agenteespesador en un lubricante liquido. Los jabones son losespesadores más comunes. Los jabones se forman por lareacción de grasas animales o vegetales.
FIN
