expocion tecnologia
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PROCESO DE
DETERIORO
SUPERFICIAL NO
CORROSIVO.
LUBRICACIÓN Y
DESGASTE
INTRODUCCIÓN A LA
TRIBOLOGIA COMO CIENCIA
DEFINICION.
HISTORIA.
LA TRIBOLOGIA COMO
CIENCIA.
DEFINICIÓN: La Tribología deriva de la palabra griega tribos,
“frotar o rozar”. Para entender a la tribología se
requiere de conocimientos de física, de química
y de la tecnología de materiales.
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, 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) :
La Tribología está presente en prácticamente todos los aspectos
de la maquinaría, motores y componentes de la industria en
general. Los componentes tribológicos mas comunes son:
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:
FORJA:
PROCESOS DE CORTE
(HERRAMIENTAS Y
FLUIDOS)
ELEMENTOS DE
ALMACENAMIENTO
MAGNÉTICO
PRÓTESIS ARTICULARES
(CUERPO HUMANO)
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:
La fricción entre dos cuerpos en movimiento.
El desgaste como efecto natural de la
fricción.
La lubricación como un medio para evitar el
desgaste.
LA APLICACIÓN DE LOS CONOCIMIENTOS
DE LA TRIBOLOGÍA EN ESTAS PRÁCTICAS
DERIVA EN:
Ahorro de materias primas
Aumento en la vida útil de las herramientas y la
maquinaría
Ahorro de recursos naturales
Ahorro de energía
Protección al medio ambiente
Ahorro económico
FRICCIÓN: Se define como la resistencia al movimiento durante el
deslizamiento o rodamiento que experimenta un cuerpo sólido al
moverse sobre otro con el cual está en contacto y depende de las
características de las superficies. La fricción no es una propiedad
del material, es una respuesta integral del sistema.
FRICCIÓN: Existen dos tipos principales de fricción:
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. (Donde μ es el
coeficiente de fricción estático y es la fuerza normal. N)
FUERZA DE FRICCIÓN DINÁMICA: La necesaria para mantener el
movimiento. De valor menor a la anterior.
FUERZA DE FRICCIÓN
ESTÁTICA:
FUERZA DE FRICCIÓN
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
DINÁMICA:
Fricción externa. Se da entre cuerpos diferentes.
Fricción interna. Se genera entre partículas de un mismo
cuerpo.
TIPOS DE FRICCION
Dependiendo del movimiento relativo:Fricción de deslizamiento.
Se presenta durante el movimiento relativo tangencial de los elementos sólidos en
un sistema tribológico.
Fricción de rodamiento.
Se presenta durante el movimiento relativo de rodadura entre los elementos sólidos
de un sistema tribológico.
Fricción de rotación.
Se presenta durante el movimiento relativo de rotación entre los elementos sólidos
de un sistema tribológico.
TIPOS DE FRICCION EXTERNA
Dependiendo de las condiciones de contacto:Fricción estática.
Pérdida de energía mecánica al inicio y al final del movimiento relativo tangencial
entre dos zonas materiales en contacto.
Fricción móvil.
Pérdida de energía mecánica durante el movimiento relativo de zonas materiales en
contacto.
Fricción de choque.
Pérdida de energía mecánica al inicio y al final del movimiento relativo normal
(perpendicular) entre zonas materiales en contacto.
TIPOS DE FRICCION EXTERNA
Fricción metal-metal.
La fricción metal-metal es un estado de fricción que se presenta en diferentes fenómenos
tribotécnicos.
Fricción pura.
La fricción pura raras veces se encuentra en la práctica industrial y por lo general, se obtiene a
nivel de laboratorio, bajo un control muy riguroso de los experimentos. Durante la fricción pura
las superficies están libres de cualquier película contaminante. La magnitud del coeficiente de
fricción pura varía entre 0,8 a 10 y más.
Fricción sólida.
En la práctica industrial este estado de fricción se halla ampliamente difundido. Se entienden
como compuestos la película límite de aditivo anti desgaste, las capas de óxidos, suciedad, etc.
La magnitud del coeficiente de fricción varía entre 0,2 a 0,8.
ESTADOS DE FRICCION
Fricción fluida.
La obtención de la fricción fluida está condicionada a la existencia de un lubricante líquido
que separa las superficies de los elementos sólidos, que constituyen el sistema tribológico.
Fricción hidrodinámica.
Estado de fricción en el cual las condiciones hidrodinámicas se logran a través del movimiento
relativo del par friccionante, cuando se encuentra sometido a ciertas condiciones de velocidad
y de carga. En este estado de fricción juega un papel muy importante la viscosidad del
lubricante empleado. Los valores del coeficiente de fricción varían en el rango de 0,001-0,002
en dependencia de la viscosidad del lubricante.
Fricción hidrostática.
Es un estado de fricción que se presenta en aquellos mecanismos que giran a bajas velocidades
y que soportan grandes cargas y donde, para formar la película hidrodinámica, es necesario
inyectar aceite a presión antes y durante el movimiento del mecanismo.
ESTADOS DE FRICCION
Fricción gaseosa.
Dentro de la fricción gaseosa, una de las formas más difundidas es la que utiliza aire como
elemento gaseoso y este separa las superficies de los elementos sólidos. La fricción
aerodinámica se logra a través del movimiento relativo de los elementos sólidos, mientras que
la aerostática se alcanza por medio de una presión exterior.
Fricción mixta.
La fricción mixta, formada por los estados de fricción sólida y fluida se encuentra ampliamente
difundida en la práctica industrial, sobre todo en aquellas uniones tribotécnicas que se
caracterizan por bajas velocidades y grandes cargas ( lubricación elastohidrodinámica o EHL).
Durante la fricción mixta, las propiedades de los materiales, que constituyen la unión, juegan
un papel de primer orden. La magnitud del coeficiente de fricción mixta varía entre 0,05 y0,2 .
ESTADOS DE FRICCION
LEYES DE LA FRICCION METAL- METAL POR DESLIZAMIENTO
La fricción metal-metal presenta las siguientes características:-
Es directamente proporcional al peso del elemento que desliza o rueda.-
Es independiente del área aparente de las superficies de contacto. Es función del área
efectiva, la cual es la suma de las zonas en contacto dadas por las irregularidades de ambas
superficies. Por esta razón, el área de contacto no coincide en general con el área geométrica de
las superficies que se rozan.-
No depende de la velocidad de deslizamiento.-
Varía según la naturaleza de los materiales y del acabado superficial.
ESTADOS DE FRICCION
REDUCCION DE LA FRICCION
Las fuerzas de fricción pueden ser disminuidas por los siguientes factores, los cuales pueden
controlarse:
1.La carga:
Influye en forma directamente proporcional a la fricción; sin embargo, es parte de todo
mecanismo y en la mayoría de los casos s difícil modificar.
2.Naturaleza de los materiales:
Dependiendo de su naturaleza química, los cuerpos pueden presentar mayor o menor fricción.
EJEMPLO: Dos superficies de acero que deslizan presentan mayor fricción que dos superficies
de teflón bajo las mismas condiciones de trabajo.
3. El acabado de las superficies:
Los coeficientes de fricción son mayores cuando las superficies son ásperas que cuando son
pulidas.
4.Forma de los cuerpos:
La fricción por rodamiento es menor que la fricción por deslizamiento. Los cuerpos esféricos o
cilíndricos, por lo tanto ,ocasionan menor fricción.
5.La lubricación utilizada.
ESTADOS DE FRICCION
FRICCIÓN EN
PAVIMENTOS La Fricción en los pavimentos es un factor importante en la seguridad de la
conducción y en el diseño de curvas horizontales.
El coeficiente de fricción entre el neumático y el pavimento especifica una
condición que consiste en adhesión, roce e interconexión.
La fricción está relacionada directamente con la velocidad y las condiciones
geométricas de la vía.
Al variar la velocidad la adherencia entre neumático y superficie de rodado
cambia, diversos estudios se han realizado en países como Alemania, Grecia y
Estados Unidos.
El roce demandado corresponde al roce que presenta el pavimento, el cual
cambiará a lo largo del tiempo y según las condiciones climáticas y de
circulación.
FRICCIÓN EN
PAVIMENTOS
RESUMEN EN IMAGEN
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.
FASES O ETAPAS Bajo parámetros normales de funcionamiento, los
cambios en la propiedades durante el uso normalmente ocurre en tres diferentes etapas, que son:
Etapa Primaria o temprana, donde la velocidad de cambio puede ser alta.
Fase secundaria o de mediana-edad donde la velocidad de desgaste se mantiene relativamente constante. La mayoría de la vidas útiles de componentes se miden en esta fase.
Fase Terciaria o de edad-avanzada, donde un alto grado de envejecimiento deriva en un rápido fallo.
LUBRICACIÓN: Tipos de lubricación.
Lubricantes:
Líquidos.
Sólidos.
Aceites animales, vegetales y de
pescado.
Grasas.
LUBRICACIÓN: Lubricación es interponer entre dos superficies,
generalmente metálicas expuestas a fricción, una
película fluida que las separe a pesar de la presión que
se ejerza para juntarlas. La lubricación elimina el
contacto directo de las superficies metálicas, impide su
desgaste y reduce al mínimo el rozamiento que produce
pérdida de potencia.
IMPORTANCIA DE LA
LUBRICACION Los costosísimos y complicados equipos industriales que requieren la industria moderna no podrían funcionar, ni siquiera unos minutos, sin el beneficio de una correcta lubricación. El costo de ésta resulta insignificante comparado con el valor de los equipos a los que brinda protección. La utilización del lubricante correcto en la forma y cantidad adecuada ofrece entre otros los siguientes beneficios.
Reduce el desgaste de las piezas en movimiento.2.
Menor costo de mantenimiento de la máquina.3.
Ahorro de energía.4.
Facilita el movimiento.5.
Reduce el ruido.6.
Mantiene la producción.
FUNCIONES DE LOS
LUBRICANTES
Los lubricantes deben rebajar al máximo los
rozamientos de los órganos móviles
facilitando el movimiento, pero además
deben reunir propiedades tales como:
1.Soportar grandes presiones sin que la
película lubricante se rompa.
2.Actuar como refrigerante.
3.Facilitar la evacuación de impurezas.
ELEMENTOS BASICOS
QUE REQUIEREN LUBRICACION
Por complicada que parezca una máquina, los
elementos básicos que requieren lubricación
son:
1.Cojinetes simples y antifricción, guías, levas,
ect.
2. Engranajes rectos, helicoidales, sin fin, etc.,
que puedan estar descubiertos o cerrados.
3.Cilindros como los de los compresores,
bombas y motores de combustión interna
.4.Cadenas, acoples flexibles y cables.
TIPOS DE LUBRICACIÓN
Hay tres tipos básicos de lubricación:
Limítrofe
Hidrodinámica
mezclada.
LA LUBRICACIÓN LIMÍTROFE
ocurre a baja velocidad relativa entre los componentes y cuando no hay
una capa completa de lubricante cubriendo las piezas. Durante
lubricación limítrofe, hay contacto físico entre las superficies y hay
desgaste. La cantidad de desgaste y fricción entre las superficies
depende de un número de variables: la calidad de las superficies en
contacto, la distancia entre las superficies, la viscosidad del lubricante,
la cantidad de lubricante presente, la presión, el esfuerzo impartido a las
superficies, y la velocidad de movimiento. Todo esto afecta la
lubricación limítrofe.
LUBRICACIÓN
HIDRODINÁMICA
Esto sucede cuando las superficies están completamente
cubiertas con una película de lubricante. Esta condición
existe una vez que una película de lubricante se mantiene
entre los componentes y la presión del lubricante crea una
"ola" de lubricante delante de la película que impide el
contacto entre superficies. Bajo condiciones
hidrodinámicas, no hay contacto físico entre los
componentes yno hay desgaste.
LA LUBRICACIÓN MEZCLADA
es exactamente eso: una mezcla inestable de lubricación limítrofe e
hidrodinámica. Por ejemplo, cuando enciendes el motor(o cuando arranca un
componente, si es otro equipo), la velocidad de los componentes aumenta
velozmente y por una pequeña fracción de segundo se produce lubricación
mezclada. En otras situaciones, cuando el esfuerzo y la velocidad de los
componentes varía ampliamente durante el uso (durante manejo en montaña o
en tráfico, por ejemplo) la temperatura puede hacer que el lubricante se
"queme" más rápido y que así la lubricación hidrodinámica sea difícil de adquirir
(ya que el lubricante ha perdido el beneficio de ciertos aditivos que se
"quemaron"), dejando así el motor trabajando en una condición de lubricación
mezclada, que producirá más desgaste.
LUBRICACIÓN ELASTO-
HIDRODINÁMICA
A medida que la presión o la carga se incrementan, la viscosidad del
aceite también aumenta. Cuando el lubricante converge hacia la zona
de contacto, las dos superficies se deforman elásticamente debido a la
presión del lubricante. En la zona de contacto, la presión hidrodinámica
desarrollada en el lubricante causa un incremento adicional en la
viscosidad que es suficiente para separarlas superficies en el borde de
ataque del área de contacto. Debido a esta alta viscosidad y al corto
tiempo requerido para que el lubricante atraviese la zona de contacto,
hacen que el aceite no pueda escapar, y las superficies permanecerán
separadas.
FACTORES QUE AFECTAN LA
LUBRICACION 1.Factores de operación:
Entre los factores de operación principales que afectan la lubricación tenemos:
a.La carga.b.
La temperatura.c.
La velocidad.d.
Posibles contaminantes.
2.Factores de diseño:
Entre los factores de diseño se pueden considerar entre otros:a.
Materiales empleados en los elementos.b.
Textura y acabado de las superficies.c.
Construcción de la máquina.d.
Métodos de aplicación del lubricante.
TIPOS DE LUBRICANTES
De acuerdo a su estado los lubricantes se pueden clasificar así:
Líquidos
(aceite)
Semi-sólidos
(grasas)
Sólidos,
Por ejemplo: (Bisulfuro de molibdeno, grafito, talco)
Líquidos: 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.
ƒ Fluidos sintéticos:
ƒ Fluidos resistentes al fuego:
TIPOS DE 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 y pueden ser:
ƒ Lubricantes sólidos no ligados:
o Lubricantes sólidos ligados:
Los lubricantes minerales por sus características son los más utilizados en laindustria. Se pueden clasificar así:
a.Los derivados de los hidrocarburos, del petróleo, del carbón de piedra.
b.Los lubricantes sólidos como; el bisulfuro de molibdeno, el grafito, eltungsteno, el talco y otros.
TIPOS DE LUBRICANTES
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.
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: 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.