Lubricacion

Lubricación

Qué es la lubricación?

Cualquier procedimiento que reduzca la fricción entre dos superficies móviles es denominado lubricación. Cualquier material utilizado para este propósito es conocido como lubricante.

Cómo reduce la fricción el lubricante?

La principal función de un lubricante es proveer una película para separar las superficies y hacer el movimiento más fácil. En un modelo donde un líquido actúa como lubricante, el líquido se comporta formando una película en las dos superficies externas, superior e inferior, adheridas firmemente. A medida que una de las superficies se mueva sobre la otra, las capas externas del lubricante permanecen adheridas a las superficies mientras que las capas internas son forzadas a deslizarse una sobre otra. La resistencia al movimiento no está gobernada por la fuerza requerida para separar las rugosidades de las dos superficies y poder moverse. En su lugar, esta resistencia está determinada por la fuerza necesaria para deslizar las capas de lubricante una sobre otra. Esta es normalmente mucho menor que la fuerza necesaria para superar la fricción entre dos superficies sin lubricar.

Las consecuencias de la lubricación

Debido a que la lubricación disminuye la fricción, ésta ahorra energía y reduce el desgaste. Sin embargo ni el mejor lubricante podría eliminar completamente la fricción. En el motor de un vehículo eficientemente lubricado, por ejemplo, casi el 20% de la energía generada es usada para superar la fricción.

La lubricación siempre mejora la suavidad del movimiento de una superficie sobre otra. Esto se puede lograr de distintas maneras. Los distintos tipos de lubricación normalmente son denominados Regímenes de Lubricación. Durante el ciclo de trabajo de la máquina puede haber cambios entre los diferentes regímenes de lubricación.

Las mejores condiciones de lubricación existen cuando las dos superficies móviles están completamente separadas por una película de lubricante suficiente, como el modelo descrito anteriormente. Esta forma de lubricación es conocida como Hidrodinámica o lubricación de película gruesa. El espesor de la película de aceite depende principalmente de la viscosidad del lubricante, una medida de su espesor o la resistencia a fluir.

Por otro lado, la lubricación es menos eficiente cuando la película es tan delgada que el contacto entre las superficies tiene lugar sobre una área similar a cuando no existe lubricación. Estas condiciones definen la lubricación límite. La carga total es soportada por capas muy pequeñas de lubricante adyacentes a las superficies. La fricción es menor que en superficies completamente sin lubricar y está principalmente determinada por la naturalezaquímica del lubricante.

Varios regímenes de lubricación han sido identificados entre los dos extremos de lubricación hidrodinámica y límite.

Las siguientes son las dos más importantes:

• Lubricación mixta o de película delgada, existe cuando las superficies móviles están separadas por una película de lubricante continua con espesor comparable a la rugosidad de las superficies. Esta carga entonces está soportada por una mezcla de presión de aceite y los contactos entre superficies de tal forma que las propiedades de este régimen de lubricación son una combinación tanto de lubricación hidrodinámica como límite.

• La lubricación elastohidrodinámica, es un tipo especial de lubricación hidrodinámica la cual se puede desarrollar en ciertos contactos con altas cargas, tales como cojinetes y algunos tipos de engranajes. En estos mecanismos él lubricante es arrastrado hacia el área de contacto y luego sujeto a muy altas presiones a medida que es comprimido bajo carga pesada. El incremento de la presión tiene dos efectos. En primer lugar causa él incremento en la viscosidad del lubricante y por lo tanto un aumento en su capacidad de soportar cargas. En segundo lugar, la presión deforma las superficies cargadas y distribuye la carga sobre un área mayor.

El mecanismo de la lubricación

La mayoría de las máquinas son lubricadas mediante líquidos. Cómo puede un líquido separar superficies y reducir la fricción entre ellas? Con el objeto de entender de que forma los líquidos lubrican en la práctica, es útil observar el caso del cojinete. En este dispositivo sencillo ampliamente utilizado, un eje soporta las cargas y rota dentro de una cavidad de aceite. Un ejemplo es una biela del motor de un vehículo. A medida que el eje rota, una cuña de aceite se forma entre las superficies, la cual genera suficiente presión para mantenerlas separadas y soportar la carga del eje. Las cuñas de aceite, se pueden formar en otro tipo de cojinetes, tales como cojinetes con elementos deslizantes y rodantes, por un mecanismo similar.

La lubricación más eficiente, es la lubricación hidrodinámica y se obtiene cuando la película de aceite que se genera en un cojinete tiene un espesor varias veces mayor que la rugosidad de las superficies sólidas opuestas.

Si la película de aceite es demasiado delgada, las superficies entran en contacto directo, la fricción se incrementa, se genera calor y las superficies sufren desgaste.

Varios factores influyen en la formación de la película de aceite y por lo tanto en la eficiencia de la lubricación:

• Viscosidad del lubricante. Este es el factor más importante. Sí la viscosidad del lubricante es demasiado baja, esto significa que la capa lubricante es demasiado delgada, y por tanto no será capaz de formar una cuña de aceite adecuada. Si, por otro lado, la viscosidad es demasiado alta, el espesor del lubricante puede restringir el movimiento relativo entre dos superficies. La viscosidad de un líquido disminuye al incrementarse la temperatura, por lo tanto un cojinete que esté lubricado eficientemente en frío puede que no trabaje bien a altas temperaturas. Estudiaremos la viscosidad y su variación con la temperatura con más detalle en la siguiente sección.

• Diseño del cojinete. La forma de las superficies lubricadas debe favorecer la formación de una cuña de aceite. Por lo tanto debe haber un espacio adecuado entre las superficies móviles.

• Alimentación del lubricante. Evidentemente la lubricación hidrodinámica no se puede desarrollar sí no hay suficiente lubricante para cubrir todas las superficies en contacto.

• El movimiento relativo de las superficies. Cuanto mayor sea la velocidad de deslizamiento mayor será el grosor de la película de aceite, asumiendo que la temperatura permanezca constante. Una consecuencia importante de esto es que las superficies en movimiento, tenderán a entrar en contacto cuando el equipo arranque o pare.

• Carga. A cualquier temperatura dada, un incremento de la carga tenderá a disminuir la película de aceite. Una carga excesiva tenderá a incrementar la fricción y el desgaste.

Funciones de los lubricantes

Los lubricantes no solamente deben lubricar. En la mayoría de las aplicaciones deben refrigerar, proteger, mantener la limpieza y algunas veces llevar a cabo otras funciones.

• Lubricación. La principal función de un lubricante es simplemente hacer más fácil que una superficie se deslice sobre otra. Esto reduce la fricción, el desgaste y ahorra energía.

• Refrigeración. Cualquier material que reduzca la fricción actuará como un refrigerante, simplemente, porque reduce la cantidad de calor generada cuando dos superficies rozan una contra otra. Muchas máquinas generan cantidades considerables de calor aún siendo correctamente lubricadas, este calor debe ser eliminado para que la máquina funcione eficientemente. Los lubricantes son frecuentemente usados para prevenir él sobrecalentamiento, transfiriendo calor de las áreas más calientes a las áreas más frías. Quizás el ejemplo más familiar de un lubricante empleado como refrigerante es él aceite utilizado en los motores de nuestros vehículos, pero esta función es vital en muchas otras aplicaciones. Los aceites para compresores, los aceites para turbinas, aceites para engranajes, aceites de corte y muchos otros lubricantes deben ser buenos refrigerantes.

• Protección contra la corrosión. Obviamente, un lubricante no debe causar corrosión. Idealmente, debe proteger activamente las superficies que lubrica, inhibiendo cualquier daño que pueda ser causado por el agua, ácidos u otros agentes dañinos que contaminen el sistema. Los lubricantes deben proteger contra la corrosión en dos formas diferentes: Deben cubrir la superficie y proveer una barrera física contra el ataque químico, y además, deben neutralizar los químicos corrosivos que se generen durante la operación del equipo.

• Mantenimiento de la limpieza. La eficiencia con la cual una máquina opera es reducida sí su mecanismo sé contamina con polvo y arena, o los productos del desgaste y la corrosión. Estas partículas sólidas pueden incrementar el desgaste, promover más corrosión y pueden bloquear las tuberías de alimentación de lubricante y los filtros. Los lubricantes ayudan a mantener las máquinas limpias y operando eficientemente, limpiando los contaminantes de los mecanismos. Algunos lubricantes, contienen además aditivos que suspenden las partículas y dispersan los contaminantes solubles en el aceite. Esto detiene la acumulación y depósito sobre las superficies de trabajo lubricadas.

Los lubricantes utilizados para aplicaciones particulares pueden requerir otras funciones además de las descritas anteriormente. Por ejemplo:

• Sellado. El aceite utilizado en motores de combustión interna debe proveer un sellado efectivo entre los anillos del pistón

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