Tribologia

Introducción.

La lubricación a sido una parte esencial de la mecánica para tratar de evitar daños ocasionados en la parte interna de la maquina dado que con todo el trabajo que realizan las maquinas siempre hay desgastes que es unos de los ejemplos mas básicos en donde podemos implementar la lubricación, el degaste de las maquinas se puede producir con el movimiento de dos cuerpos moviéndose de forma opuesta de uno del otro ocasionando un desgaste el cual se una de las formas de evitarlas es colocando un lubricante entre ambos cuerpo para disminuir la fricción entre ellos y la temperatura.

En esta área mecánica encontramos varios tipos de lubricantes y de distintas formas físicas que están adaptadas para cada maquinas estas están verificadas por las normas ASTM, AGMA, ISO, SAE, entre otras las cuales están calificadas para realizar las pruebas necesarias a los lubricantes para saber su rendimiento en la viscosidad, punto de fluidez, punto de inflamación, temperaturas limites etc. Una vez que aprueben las normas serán comercializados al alcance de todo aquel que lo necesite.

• ANTECEDENTES.

La grasa se utiliza como lubricante desde hace muchos siglos. Los usos más antiguos remontan a 4.000 A.C. En aquella época los egipcios recurrían a ellas para resolver los problemas de fricción en sus carros.

Las primeras grasas estaban elaboradas con materiales que contenían cal mezclada con grasas animales y algunas veces con aceites vegetales. Este tipo de substancia fue utilizada hasta el siglo XIX, cuando las primeras grasas a base de aceites minerales fueron desarrolladas y utilizadas como eficaces lubricantes en las vagonetas de las minas y en las máquinas industriales que en aquel entonces funcionaban con bastante lentitud. Esa grasa sólida, llamada "briqueta", fue utilizada de forma intensa hasta mediados del siglo XX. En la actualidad aún continua siendo utilizada en algunas partes del mundo.

Durante todo el siglo XX, con el desarrollo de los motores a vapor, de los vehículos motorizados y de las máquinas industriales y agrícolas, hubo una creciente necesidad de grasas más eficientes. De esta manera surgieron las producidas a base de jabones metálicos de sodio, de aluminio y de bario, entre otros. Más adelante volveremos a esta terminología. Había una gama muy variada de grasas ya que cada producto era creado en función de un uso específico: para chasis, para cojinetes, para mandos de dirección, para piñones, para vagonetas, convoyes, carros, etc. Hacia 1950 se introdujo una grasa de "multiuso", echa a base de litio. La aparición de este producto produjo cierto escepticismo pero algunos años más tarde se transformó en la grasa más utilizada para los vehículos a motor y las máquinas industriales. Todavía hoy la grasa de litio es la más utilizada en el mundo industrial.

• VISCOSIDAD DINÁMICA

La tensión de corte de un fluido se desarrolla cuando este se encuentra en movimiento y su magnitud depende de la viscosidad del fluido. Se puede definir a la tensión de corte como la fuerza requerida para deslizar una capa de área unitaria de una sustancia sobre otra capa de la misma sustancia. La magnitud de la tensión de corte es directamente proporcional al cambio de velocidad entre diferentes posiciones del fluido en fluidos como el agua, el aceite, el alcohol o cualquier otro líquido común.

Cuando el fluido real está en contacto con una superficie frontera, el fluido tiene la misma velocidad que la frontera. El fluido que está en contacto con la superficie inferior tiene velocidad igual a cero y el que está en contacto con la superficie superior tiene velocidad igual a v. Cuando la distancia ente las dos superficies es pequeña, la rapidez de cambio de velocidad varía como una línea recta.

El gradiente de velocidad se define como y es una medida de cambio de velocidad, conocida también como rapidez de corte. Como la tensión de corte es directamente proporcional al gradiente de velocidad, podemos establecer la siguiente expresión matemática, conocida como la Ley de Newton para la viscosidad:

(1) µ es una constante de proporcionalidad conocida como viscosidad dinámica del fluido.

• DEFINICIONES BÁSICAS DE VARIACIÓN CON LA TEMPERATURA.

Función de la Temperatura en la Viscosidad El aceite para motor , por lo general , es bastante difícil de vaciar cuando esta frio , lo cual indica que tiene una viscosidad alta. Conforme la temperatura del aceite va aumentando , su viscosidad disminuye notablemente . Todos los fluidos exhiben este comportamiento en mayor o menor grado.

Variación de la viscosidad, Temperatura, la viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de densidad, que tiene lugar al aumentar la temperatura. Presión, la viscosidad no se ve afectada ante presiones moderadas pero se han encontrado grandes incrementos a presiones sumamente elevadas.

En general, la viscosidad de un fluido depende tanto de la temperatura como de la presión, aunque la presión influye débilmente en la viscosidad. Para los líquidos, tanto la viscosidad dinámica como la cinemática se consideran independientes de la presión, salvo para presiones extremadamente altas.

• CARTA ASTM

La ASTM está entre los mayores contribuyentes técnicos del ISO, y mantiene un sólido liderazgo en la definición de los materiales y métodos de prueba en casi todas las industrias, con un casi monopolio en las industrias petrolera y petroquímica.

• ALGUNAS NORMAS DE USO COMÚN

Algunos elementos de uso común, tales como los que conectan el contador de agua potable a la tubería, probablemente están elaborados con un procedimiento de forjado conforme a ASTM A 105, en la práctica, un acero de buena calidad, mientras que los tubos quizás respondan a la norma ASTM A 589. Las láminas de plástico que se usan para envolver los alimentos, si no se rompen, probablemente han sido fabricadas y comprobadas con la norma ASTM D 682. Las ollas de acero inoxidable, posiblemente respondan a la ASTM A 240 Tp 304 o 321; y si son de calidad superior, cumplirán la norma 316.

• FRICCIÓN.

Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, a la fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto

• TIPOS DE FRICCIÓN

Existen dos tipos de rozamiento o fricción, la fricción estática (FE) y la fricción dinámica (FD). El primero es la resistencia que se debe superar para poner en movimiento un cuerpo con respecto a otro que se encuentra en contacto. El segundo, es la resistencia, de magnitud considerada constante, que se opone al movimiento pero una vez que éste ya comenzó. En resumen, lo que diferencia a un roce con el otro, es que el estático actúa cuando los cuerpos están en reposo relativo en tanto que el dinámico lo hace cuando ya están en movimiento.

• EFECTOS DE LA FRICCIÓN.

1. VENTAJAS

Los efectos de la fricción pueden aprovecharse, en:

• Cuando se provoca un desgaste al pulir objetos, lográndose un acabado terso en muebles, joyas, herrerías, etcétera.

• Cuando se desea frenar un movimiento. Los frenos de los vehículos, los paracaídas y las rampas que se instalan en las carreteras para detener vehículos sin frenos son ejemplos de ello.

• El calor producido por la fricción es útil cuando se sabe aprovechar; por ejemplo: cuando tenemos se frotan las manos para producir calor o al crear frotando dos objetos.

2. DESVENTAJAS

• Uno de los inconvenientes del fenómeno de la fricción es el desgaste que produce, por ejemplo en las suelas de los zapatos, la ropa y las piezas que forman una máquina.

• La fricción ocasiona también pérdida de energía útil; por ejemplo, en un automóvil se utiliza más combustible al desplazarse en un camino de terracería que en una autopista; empujar un objeto sobre un piso áspero cansa más que hacerlo sobre un piso pulido.

• La fricción produce calor y desgasta las máquinas.

• Para disminuir la fricción y evitar el desgaste en las máquinas, se lubrican las superficies que están en contacto. Los lubricantes más usados en las máquinas son los aceites derivados del petróleo.

• Desgaste

• En ciencia de materiales, el desgaste es la pérdida de masa de la superficie de un material sólido por la interacción mecánica con otro cuerpo en contacto. Es específicamente la eliminación de material de una superficie como resultado de una acción mecánica. La necesidad de una acción mecánica, en forma de contacto debido a un movimiento relativo, es una distinción importante entre desgaste mecánico y cualquier otro proceso con similares resultados.

• LOS OBJETIVOS DE LA LUBRICACIÓN SON:

1) Impedir el contacto entre dos metales.

2) Refrigerar las partes lubricadas.

3) Ayudar a la estanqueidad del sistema.

• GRADOS DE ACEITE.

1) Clasificación SAE: Los aceites para motor están agrupados en grados de viscosidad de acuerdo con la clasificación establecida por la SAE (Society of Automotive Engineers). Esta clasificación permite establecer con claridad y sencillez la viscosidad de los aceites, representando cada número SAE un rango de viscosidad expresada en cSt (centi-Stokes) y medida

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