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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNEFA – EXT OCUMARE DEL TUY
ING. MECANICA 701
CATEDRA: ELEMENTO DE MAQUINA 1
TRIBOLOGIA
OCUMARE DEL TUY - 03 DE FEBRERO 2014
BACHILLER
EFRAIN ROJAS
C.I. 18841413
PROFESOR
MANUEL MACERO
INTRODUCCION
La palabra tribología proviene del griego “τριβοσ” (tribos), que significa
“frotamiento”, pero fue en 1966 cuando se estableció el concepto actual de
esta palabra.
Así pues, la tribología es la ciencia y tecnología de los fenómenos que
tienen lugar en la interface de contacto entre dos sistemas, teniendo por
objeto el estudio de materias tales como la lubricación, la fricción y el
desgaste de materiales.
La creciente competitividad en los mercados de producción mundiales
hace que se demanden procesos de fabricación óptimos de los que resulten
productos con precios competitivos.
Ningún elemento de máquina es inmune al desgaste; este fenómeno
se manifiesta siempre que exista carga y movimiento, ya que la calidad de la
mayoría de los productos metálicos depende de la condición de sus
superficies y del deterioro de la superficie debido al uso. Este deterioro es
importante también en la práctica de la ingeniería; suele ser el factor principal
que limita la vida y el desempeño de los componentes de una máquina. Por
otro lado, el desgaste se puede definir como el deterioro, no intencional,
resultado del trabajo o del ambiente; puede considerarse esencialmente
como un fenómeno de superficie. En la mayoría de los casos se puede dar
mayor precisión a esta definición, considerando al desgaste como el
desprendimiento de partículas de la superficie de un cuerpo y/o el
desplazamiento de material de zonas de contacto, hacia zonas libres de
carga.
En este informe se explicara lo que la tribología, sus tipo, como actúa
la fricción, la lubricación, y rozamiento entre ambos materiales
TRIBOLOGIA
Son la fricción entre dos cuerpos en movimiento, el desgaste como
efecto natural de la fricción y la lubricación como un medio para evitar el
desgaste. Estos tres factores son términos usados continuamente en la
industria, los cuales en la mayoría de los casos, vemos de reojo, con escaso
interés y cubrimos con apremio y sin ningún análisis.
Es común, en la práctica, considerar solo el término “lubricación” o
ingeniería de lubricación. Sin embargo los tres factores nos han acompañado
por toda nuestra historia. Puede considerarse que el desarrollo de la
Tribología, ha sido desde el hombre erectus hasta el hombre moderno. Ahora
bien, considerando que con el fuego y la rueda se inició el desarrollo del
hombre, entonces a medida que aprendió a dominarlos y a encontrarles
nuevas aplicaciones, avanzó tecnológica-mente. Esos avances lo
condujeron a nuevas necesidades para utilizar materiales cada vez más
resistentes al desgaste y eso terminó en el procesamiento de bronce y de
hierro. Así pues, el fuego le permitió fundir materiales y fabricar
herramientas, armas, bisagras para las puertas y bujes para los ejes de las
ruedas de los carros. El hombre evolucionó en el conocimiento y tecnología,
aparecieron entonces, civilizaciones más avanzadas e imperios poderosos.
Aplicación de la Tribología
La Tribología está presente en prácticamente todos los aspectos de la
maquinaría, motores y componentes de la industria en general. Los
componentes tribológicos más comunes son:
• Rodamientos
• Frenos y embragues
• Sellos
• Anillos de pistones
• Engranes y Levas
Las aplicaciones más comunes de los conocimientos tribológicos, aunque en
la práctica no se nombren como tales, son:
• Motores eléctricos y de combustión (componentes y funcionamiento)
• Turbinas
• Extrusión
• Rolado
• Fundición
• Forja
• Procesos de corte (herramientas y fluidos)
• Elementos de almacenamiento magnético
• Prótesis articulares (cuerpo humano)
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
LUBRICACIÓN
Consiste en la introducción de una capa intermedia de un material
ajeno entre las superficies en movimiento, cuya función es disminuir la
fricción y el desgaste. El término lubricante es muy general, y puede estar en
cualquier estado material: líquido, sólido, gaseoso e incluso y semisólido o
pastoso.
Para reducir los efectos de la fricción, se separan las superficies
incorporando entre ellas sustancias que la minimizan ,denominadas
lubricantes. Las funciones principales de los lubricantes se resumen en:
*Separar las superficies ( función principal)
*Reducir el desgaste
*Refrigerar o retirar el calor
*Mantener en suspensión a las partículas contaminantes
*Neutralizar ácidos
*Sellar para evitar la entrada de contaminantes
*Proteger contra la herrumbre y la corrosión
*Otras
Tipos De Lubricantes
Para mantener las superficies separadas se utilizan gases, líquidos,
semisólidos o sólidos.
Gases:
Cuando se inyectan a presión ,se utilizan para lubricar elementos que
requieren de movimientos muy precisos como ejemplo:
En los soportes que permiten el movimiento de rotación de los
grandes telescopios.
Cuando colocamos una gota de agua sobre una superficie muy
caliente ,observamos como esta se desplaza con mucha facilidad como si
estuviera flotando. Lo que ocurre en este caso es que la parte inferior de la
gota que esta en contacto con la superficie se evapora, por lo que la gota no
entra en contacto con esta y " flota" sobre un colchón de vapor.
Líquidos
Los líquidos son el tipo de lubricante de uso mas común, por sus
características físicas .Por ser fluidos ,permiten ser manipulados y
transportados con facilidad al lugar donde deben cumplir su función .además
son excelentes para transportar y disipar el calor generado durante la
operación de los equipos y recubren uniformemente las superficies ,lo que
brinda protección contra la corrosión y la herrumbre a la vez que pueden ser
filtrados para retirar las partículas contaminantes( ingresadas al sistema o
generadas por el desgaste) que mantienen en suspensión.
Sólidos
Bajo condiciones extremas de temperatura o carga, que los líquidos
no resisten, se utilizan sólidos de bajo coeficiente de friccion para minimizar
el contacto entre las superficies y por lo tanto el desgaste. Entre los sólidos
lubricantes se pueden mencionar : el grafito, el desulfuro de molibdeno, la
mica, algunos polímeros y en algunos casos extremos ciertos tipos de
silicatos .Estos últimos son utilizados en algunas aplicaciones de
metalmecánica donde las temperaturas exuden la de fusión del vidrio
convirtiéndolo en un lubricante liquido Ej. : laminación en caliente de metales
ferrosos)
Tipos De Películas Lubricantes
Dependiendo de las características del diseño de los elementos lubricados y
de las condiciones de operación ,se logran variaciones en las películas
lubricantes ,que pueden ser fluidas ,capa limite o solidas:
Películas Fluidas
Se denominan películas fluidas aquellas donde se logra una separación total
y efectiva de las superficies que se encuentran en movimiento relativo,
utilizando un lubricante liquido. Estas películas, según la naturaleza del
movimiento relativo y de la carga, pueden ser:
Película Hidrodinamica
Este tipo de película es muy común en cojinetes planos donde, bajo
condiciones optimas de operación, se produce un arrastre del aceite por el
movimiento de giro del eje que incorpora al aceite entre ambas superficies .El
espesor normal de esta cuña lubricante es de aproximadamente 25 micrones
.Para tener una referencia ,el diámetro de un glóbulo rojo de la sangre esta
por el orden de los 5 micrones.
Película Hidrostatica
En elementos de maquinas donde las características del movimiento relativo
no permiten la formación de la cuña lubricante ,se recurre a una fuente
externa de presión para lograr la separación. En la mayoría de los casos se
utiliza una bomba de aceite para forzar al lubricante entre los
elementos ,creando la cuña que separa las superficies.
Película Elastohidrodinamica
Bajo condiciones severas de carga se produce una deformación elástica de
la superficie similar a la que observamos en una llanta de un vehículo en la
zona de contacto con el pavimento, esta deformación se traduce en un
aumento en el área de carga con la consecuente reducción de la presión
entre ambas superficies .Adicionalmente a este efecto tenemos que el aceite
que separa ambas superficies sufre un incremento en su viscosidad por
efecto de la presión .Ambos efectos combinados ,el aumento del área de
carga y de la viscosidad ,mantienen ambas superficies totalmente
separadas ,de ahí el nombre de este tipo de película : ELASTO por la
elasticidad del material e HIDRODINAMICA por la separación hidráulica por
efecto del movimiento relativo. Este tipo de película lubricante tiene
espesores que oscilan entre 0.25 y 1.5 micrones de espesor
Película De Compresion
Si colocamos aceite sobre una superficie horizontal y luego colocamos
un objeto con cierto peso sobre el aceite ,observamos como el aceite se fuga
progresivamente permitiendo, después de cierto tiempo el contacto entre
ambas superficies .Si el objeto esta sometido a un movimiento cíclico
( acercarse y alejarse repetidas veces de la superficie horizontal ) se podrá
evitar el contacto entre ambas superficies.
Ejemplos de películas de compresión los encontramos entre:
El pasador del pistón de un motor y el mismo pistón o la biela ,entre el
balancín o martillo y la parte superior de la válvula ( motores) ,etc.
Película Mixta O Capa Limite
No todos los elementos de maquinas se encuentran lubricados bajo el
régimen de alguna de las películas fluidas descritas anteriormente ,donde no
existe contacto entre los elementos que están en movimiento relativo y,
teóricamente no existe desgaste .Existen elementos que no pueden ser
suministrados continuamente con aceite u otro tipo de lubricante o en los
que, por variaciones en las condiciones de diseño( carga, velocidad,
temperatura, viscosidad del aceite) , se ha modificado el espesor de película
a tal punto que se produce el contacto entre ambos metales ya sea parcial o
totalmente. Este tipo de película lubricante obviamente no es deseable pero
en la realidad ,son muchos los equipos donde se presenta ,notándose por un
desgaste prematuro de los elementos y un incremento en la temperatura de
operación.
Película Solida
Los aceites y las grasas tienen rangos de temperaturas de operación : a
temperaturas muy bajas tenderían a " congelarse" perdiendo su propiedad de
lubricante y a temperaturas muy elevadas se oxidarían ,evaporarían o
inflamarían .bajo estas condiciones de operación ,se recurre a los lubricantes
sólidos que poseen coeficiente de friccion muy bajos ,reduciendo
considerablemente el desgaste. Los sólidos de uso común son:
Grafito,disulfuro de molibdeno y mica .Estos minerales tienen una estructura
laminar similar a un paquete de naipes, lo que les permite recubrir las
superficies para mantenerlas separadas. Numerosas pruebas de campo han
demostrado que estos sólidos están contraindicados para operaciones a
altas velocidades.
Otro lubricante solido es el PTFE ( teflón) . Conocido como el solido con el
coeficiente de friccion mas bajo, es utilizado en aplicaciones especificas de
cargas o temperaturas extremas .
También se utilizan los sólidos para lubricar aquellos elementos de maquinas
de movimiento muy esporádico o sometidos a una combinación de elevadas
cargas y bajas velocidades donde los lubricantes fluidos tenderían a
escurrirse.
Factores Que Afectan La Lubricación
Existen una serie de variables operacionales que modifican el espesor de la
película lubricante. Si no se controlan adecuadamente, se puede correr el
peligro de una reducción del espesor de la separación con el consecuente
contacto metal-metal y el desgaste prematuro del equipo. Estas variables
son:
Carga
Un incremento en la carga tiende a obligar al aceite a " salirse" de entre las
dos superficies acercándolas cada vez mas. Este efecto se puede evitar
incorporando entre ambas superficies un fluido con mayor resistencia a fluir
( mayor viscosidad). Por el contrario ,si se reduce la carga en un equipo, se
puede reducir la viscosidad del aceite y mantener aun así la separación entre
ambas superficies.
En conclusión ,a mayor carga mayor viscosidad y viceversa. Esta ley aplica
para elementos de maquina que estén sometidos a vibración ( sucesión de
cargas de impacto) o que tengan una reducción en el área de carga ya sea
por desalineación o por desgaste excesivo. En estos casos se puede recurrir
al uso de un lubricante de mayor viscosidad para incrementar el espesor de
la película y reducir el desgaste si no se pueden implementar los correctivos
mecánicos de forma inmediata.
Velocidad
Los elementos lubricados que operan a altas velocidades no permiten mucho
tiempo al lubricante para fugarse de entre las dos superficies, por lo que
bastaría con un lubricante de baja viscosidad ( baja resistencia a fluir)
mantener las superficies separadas .El caso contrario se presenta con los
elementos que operan a bajas velocidades ,donde hay mucho tiempo para
que se fugue el lubricante por lo que se requiere un aceite con mucha
resistencia a fluir ( alta viscosidad). En conclusión: se requieren lubricantes
de baja viscosidad para lubricar elementos que operan a elevadas
velocidades y viceversa.
Esta ley se utiliza para reemplazar la viscosidad del fluido lubricante en forma
inversa a la modificación de la velocidad del equipo.
Un ejemplo practico se puede esquematizar con lo que ocurre con un
vehículo que se desplaza en línea recta sobre una superficie mojada .En la
parte delantera de los neumáticos se produce una pequeña ola de vague que
es desplazada continuamente hacia los lados, manteniendo el contacto entre
el neumático y el pavimento .Si incrementamos la velocidad del vehículo y a
pesar de la baja resistencia a fluir del agua ,no habrá tiempo suficiente para
que el agua se fugue por los lados ,por lo que se producirá el ingreso de la
cuña del liquido entre ambas superficies ,perdiendo el control .Si los
neumáticos son mas anchos ( sin ranuras) se requerirá mas tiempo para que
el agua alcance los bordes ,produciéndose la cuña de agua incluso a
velocidades inferiores .
Por otra parte ,si se sustituye el agua por un fluido mas viscoso como por
ejemplo aceite ,este tardara mas tiempo para desplazarse hacia los extremos
de las llantas , por lo que se lograra la separación de ambas superficies a
una velocidad inferior a la requerida con agua.
Temperatura
La viscosidad de todo aceite se reduce al calentarse .esto debe ser
considerado para equipos que operen a temperaturas diferentes a las de
diseño ,donde se deberá contemplar la selección de un lubricante de mayor o
menor viscosidad ,según sea el caso .Por lo tanto se requerirá un lubricante
de mayor viscosidad para altas temperaturas y viceversa.
FRICCION
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.
Existen dos tipos principales de fricción: fricción estática y fricción dinámica.
La fricción no es una propiedad del material, es una respuesta integral del
sistema. Las dos leyes básicas de la fricción se han conocido desde hace un
buen tiempo: 1) la resistencia de fricción es proporcional a la carga y 2) la
fricción es independiente del área de deslizamiento de las superficies.
Tipo 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.
Fricción estática
Es la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento. Sobre un cuerpo
en reposo al que se aplica una fuerza horizontal F, intervienen cuatro
fuerzas:
F: la fuerza aplicada.
Fr: la fuerza de rozamiento entre la superficie de apoyo y el cuerpo, y
que se opone al deslizamiento.
P: el peso del propio cuerpo, igual a su masa por la aceleración de la
gravedad.
N: la fuerza normal, con la que la superficie reacciona sobre el cuerpo
sosteniéndolo.
Dado que el cuerpo está en reposo la fuerza aplicada y la fuerza de
rozamiento son iguales, y el peso del cuerpo y la normal:
Se sabe que el peso del cuerpo P es el producto de su masa por la
aceleración de la gravedad (g), y que la fuerza de rozamiento es el
coeficiente estático por la normal:
esto es:
La fuerza horizontal F máxima que se puede aplicar a un cuerpo en
reposo es igual al coeficiente de rozamiento estático por su masa y por la
aceleración de la gravedad.
Rozamiento dinámico
Dado un cuerpo en movimiento sobre una superficie horizontal, deben
considerarse las siguientes fuerzas:
F: la fuerza aplicada.
Fr: la fuerza de rozamiento entre la superficie de apoyo y el cuerpo, y
que se opone al deslizamiento.
Fi: fuerza de inercia, que se opone a la aceleración de cuerpo, y que
es igual a la masa del cuerpo m por la aceleración que sufre a.
P: el peso del propio cuerpo, igual a su masa por la aceleración de la
gravedad.
N: la fuerza normal, que la superficie hace sobre el cuerpo
sosteniéndolo.
Como equilibrio dinámico, se puede establecer que:
Sabiendo que:
se puede reescribir la segunda ecuación de equilibrio dinámico como:
Es decir, la fuerza resultante F aplicada a un cuerpo es igual a la
fuerza de rozamiento Fr mas la fuerza de inercia Fi que el cuerpo opone a
ser acelerado. De lo que también se puede deducir:
Con lo que se tiene la aceleración a que sufre el cuerpo, al aplicarle
una fuerza F mayor que la fuerza de rozamiento Fr con la superficie sobre la
que se apoya.
Rozamiento en un plano inclinado
Rozamiento estático
Si sobre una línea horizontal r, se tiene un plano inclinado un ángulo , y
sobre este plano inclinado se coloca un cuerpo con rozamiento, se tendrán
tres fuerzas que intervienen:
P: el peso del cuerpo vertical hacia abajo según la recta u, y con un valor
igual a su masa por la aceleración de la gravedad: P = mg.
N: la fuerza normal que hace el plano sobre el cuerpo, perpendicular al plano
inclinado, según la recta t
Fr: la fuerza de rozamiento entre el plano y el cuerpo, paralela al plano
inclinado y que se opone a su deslizamiento.
Si el cuerpo está en equilibrio, no se desliza, la suma vectorial de estas tres
fuerzas es cero:
Lo que gráficamente seria un triángulo cerrado formado por estas tres
fuerzas, puestas una a continuación de otra, como se ve en la figura.
Si el peso P del cuerpo se descompone en dos componentes: Pn, peso
normal, perpendicular al plano, que es la componente del peso que el plano
inclinado soporta y Pt, peso tangencial, que es la componente del peso
tangencial al plano inclinado y que tiende a desplazar el cuerpo
descendentemente por el plano inclinado. Se puede ver que el Pn se opone
a la normal, N, y el peso tangencial Pt a la fuerza de rozamiento Fr.
Se puede decir que el Pn es la fuerza que el cuerpo ejerce sobre el plano
inclinado y la normal, N, es la fuerza que el plano inclinado hace sobre el
cuerpo impidiendo que se hunda, Pn = N para que este en equilibrio. El peso
tangencial Pt es la fuerza que hace que el cuerpo tienda a deslizarse por el
plano y Fr es la fuerza de rozamiento que impide que el cuerpo se deslice,
para que este en equilibrio Pt = Fr.
Cuando el cuerpo está en equilibrio estas dos ecuaciones determinan la
igualdad de fuerzas, también es necesario saber que:
y que la descomposición del peso es:
Con lo que se determinan las condiciones del equilibrio de un cuerpo en un
plano inclinado con el que tiene fricción. Es de destacar la siguiente relación:
Haciendo la sustitución de N:
que da finalmente como resultado:
El coeficiente de rozamiento estático es igual a la tangente del ángulo
del plano inclinado, en el que el cuerpo se mantiene en equilibrio sin deslizar,
ello permite calcular los distintos coeficientes de rozamiento, simplemente
colocando un cuerpo de un material concreto sobre un plano inclinado del
material con el que se pretende calcular su coeficiente de rozamiento,
inclinando el plano progresivamente se observa el momento en el que el
cuerpo comienza a deslizarse, la tangente de este ángulo es el valor del
coeficiente de rozamiento. Del mismo modo conocido el coeficiente de
rozamiento entre dos materiales podemos saber el ángulo máximo de
inclinación que puede soportar sin deslizar
Rozamiento dinámico
En el caso de rozamiento dinámico en un plano inclinado, se tiene un cuerpo
que se desliza, y siendo que está en movimiento, el coeficiente que
interviene es el dinámico , así como una fuerza de inercia Fi, que se
opone al movimiento, el equilibrio de fuerzas se da cuando:
descomponiendo los vectores en sus componentes normales y tangenciales
se tiene:
teniendo en cuenta que:
y como en el caso de equilibrio estático, se tiene:
Con estas ecuaciones se determina las condiciones de equilibrio dinámico
del cuerpo con fricción en un plano inclinado. Si el cuerpo se desliza sin
aceleración (a velocidad constante) su fuerza de inercia Fi será cero, y se
puede ver que:
esto es, de forma semejante al caso estático:
Con lo que se puede decir que el coeficiente de rozamiento dinámico de
un cuerpo con la superficie de un plano inclinado, es igual a la tangente del
ángulo del plano inclinado con el que el cuerpo se desliza sin aceleración,
con velocidad constante, por el plano.
Rozamiento entre sólido y fluido
La fricción aerodinámica depende del régimen o tipo de flujo que exista
alrededor del cuerpo en movimiento:
Cuando el flujo es laminar la fuerza de oposición al avance puede
modelizarse como proporcional a la velocidad del cuerpo, un ejemplo
de este tipo de resistencia aerodinámica es la ley de Stokes para
cuerpos esféricos.
Cuando el cuerpo se mueve rápidamente el flujo se vuelve turbulento
y se producen remolinos alrededor del cuerpo en movimiento, y como
resultado la fuerza de resistencia al avance es proporcional al
cuadrado de la velocidad (v2), de hecho, es proporcional a la presión
aerodinámica.
Rozamiento con lubricación
Una cuestión de interés práctico es un problema mixto donde pueden
aparecer tantos fenómenos de rozamiento entre sólidos como entre fluido y
sólido, dependiendo de la velocidad. Se trata del caso de dos superficies
sólidas entre las cuales existe una fina capa de fluido. Stribeck2 demostró
que a muy bajas velocidades predomina un rozamiento como el que ocurre
entre dos superficies secas, y a velocidades muy altas predomina un
rozamiento hidrodinámico. La mínima fricción se alcanza para una velocidad
intermedia dependiente de la presión del fluido, su "viscosidad cinemática
Rozamiento en medios fluidos
La viscosidad es una medida de la resistencia de un fluido que está
siendo deformado por una presión, una tensión tangencial o una
combinación de tensiones internas. En términos generales, es la resistencia
de un líquido a fluir, comúnmente dicho, es su "espesor". Viscosidad describe
la resistencia interna de un líquido a fluir y puede ser pensado como una
medida de la fricción del fluido. Así, el agua es "delgada", ya que tiene baja
viscosidad, mientras que el aceite vegetal es "densa", con una mayor
viscosidad. Todos los fluidos reales (excepto los superfluidos) tienen cierta
resistencia a la tensión. Un fluido que no tiene resistencia al esfuerzo
cortante se conoce como un fluido ideal o líquido no viscoso.
Por ejemplo, un magma de alta viscosidad creará un volcán alto, porque no
se puede propagar hacia abajo con suficiente rapidez; la lava de baja
viscosidad va a crear un volcán en escudo, que es grande y ancho. El
estudio de la viscosidad se conoce como reología.
El modelo más simple de fluido viscoso lo constituyen los fluidos
newtonianos en los cuales el vector tensión, debido al rozamiento entre unas
capas de fluido y otras, viene dado por:
Donde:
, son las componentes de la velocidad.
son las coordenadas cartesianas (x, y, z).
Para un flujo unidimensional la anterior ecuación se reduce a la conocida
expresión:
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.
Al igual que la fricción, el desgaste no es solamente una propiedad del
material, es una respuesta integral del sistema. Es de esperarse que para
aumentar la vida útil de un equipo se debe disminuir el desgaste al mínimo
posible. Existen distintos tipos de desgaste, como por ejemplo adhesivo,
abrasivo, corrosivo, etc. Sin embargo, es común que varios de ellos se den
cita en un mismo evento. El deslizamiento entre superficies sólidas se
caracteriza generalmente por un alto coeficiente de fricción y un gran
desgaste debido a las propiedades específicas de las superficies.
La clasificación del desgaste
toma dos aspectos en consideración: el primero es basado en como
ocurre el desgaste en las piezas o componentes, como pueden ser
picaduras, degradación, y estriación. El segundo aspecto, mayormente
utilizado, toma en consideración las bases del mecanismo o acción
tribológica.
Tener en cuenta para prevenir y combatir el desgaste
1. Mantener baja la presión de contacto
2. Mantener baja la velocidad de deslizamiento
3. Mantener lisas las superficies de rodamientos
4. Usar materiales duros
5. Asegurar bajos coeficientes de fricción
6. Usar lubricantes
Se pueden distinguir los siguientes mecanismos de desgaste:
DESGASTE ADHESIVO El desgaste adhesivo ocurre entre dos superficies
que se encuentran en contacto, las cuales se adhieren fuertemente formando
uniones entre ellas. Un deslizamiento producirá un desprendimiento de
material de la superficie suave. Si el material es dúctil, la deformación que se
produce antes de la separación de la partícula es mucho mayor, la partícula
que ha sido separada de la aspereza puede permanecer unida a la otra
aspereza como material transferido de una superficie a otra o puede ser
liberada como partícula de desgaste.
DESGASTE ABRASIVO En el desgaste abrasivo el material es removido o
desplazado de una superficie por partículas duras, de una superficie que es
deslizada contra otra. Existen dos tipos dos formas basicas de abrasion.
Abrasion por desgaste de dos cuerpos y abrasion por desgaste de tres
cuerpos. El desgaste por abrasion de dos cuerpos ocurre cuando las
protuberancias duras de una superficie son deslizadas contra otra. Un
ejemplo de esto es el pulido de una muestra mediante el uso de lijas. El
desgaste por abrasion de tres cuerpos se presenta en sistemas donde
particulas tienen la libertad de deslizarse o girar entre dos superficies en
contacto, el caso de aceites lubricantes contaminados en un sistema de
deslizamiento puede ser claro ejemplo de este tipo de abrasión
DESGASTE EROSIVO El desgate efectuado por el mecanismo de erosion
genera la perdida de material en la superficie, debido a estar expuesta a
repetidos impactos de particulas solidas o liquidas. La erosion puede ser
definida como la perdida de material que esperimenta una superficie debido
al flujo de una mezcla de particulas solidas dentro de un liquido a altas
velocidades.
DESGASTE POR FATIGA El desgaste por el mecanismo de fatiga es el
resultado de esfuerzos ciclicos entre las asperezas de dos superficies en
contacto. El coeficiente de friccion es factor determinante, ya que al estar las
superficies lubricadas la adhesion es minima, pero en sistemas con altos
coeficientes de friccion, tendremos zonas de intensa deformacion muy
cercanas a la superficie, creando grietas superficiales y sub-superficiales
DESGASTE CORROSIVO El desgaste corrosivo es explicado en dos etapas:
1- formacion de una pelicula de oxido en la superficie. Esta pelicula de oxido
puede operar como lubricante, en la mayoria de los materiales no es posible
ya que dicha pelicula es muy fragil. 2- al ser esta capa de oxido fragil queda
expuesta a los fenomenos de deslizamiento del sistema, siendo esta
removida.
DESGASTE POR CAVITACION La cavitación es, en la mayoría de los casos,
un suceso indeseable. En dispositivos como hélices y bombas, la cavitación
puede causar mucho ruido, daño en los componentes y una pérdida de
rendimiento. El colapso de las cavidades supone la presencia de gran
cantidad de energía que puede causar enorme daño. La cavitación puede
dañar casi cualquier material. Las picaduras causadas por el colapso de las
cavidades producen un enorme desgaste en los diferentes componentes y
pueden acortar enormemente la vida de las bombas o hélices
DESGASTE POR FRETTING El fretting se debe a la existencia de
movimientos oscilatorios de amplitud pequeña entre dos superficies en
contacto. El mecanismo se presenta cuando se mantiene el sistema
sometido a un gran numero de ciclos. Fretting ocurre entre componentes que
tienen como función evitar el movimiento, un ejemplo son los sujetadores de
presión.
DESGASTE OXIDATIVO Se presenta en superficies metálicas bajo
deslizamiento sin lubricación o poca lubricación, en presencia de aire u
oxigeno. El calor por la fricción en contacto deslizante, en presencia de
oxigeno provocan la oxidación acelerada. El desgaste oxidativo tambien se
puede presentar bajo sistemas de deslizamiento lubricados, en donde el
espesor de la película del lubricante se encuentre por debajo de los valores
de la rugosidad de las superficies en contacto.
Las Consecuencias O Efectos
DESGASTE NORMAL: es aquel generado por el tiempo en el cual a operado
un elemento, este desgaste se produce si se siguen las recomendaciones del
fabricante como las rpm, peso, temperatura, lubricante etc.
DESGASTE SEVERO: cuando el elemento es sometido a grandes pesos,
temperaturas rpm, provocando que este se dañe antes de lo previsto por el
fabricante. Picadura (pitting): es aquel que produce hoyos o agujeros por
agentes químicos. Gripado (scuffing):un tipo de avería que se produce
cuando dos piezas que tienen rozamiento se sueldan por efecto de las altas
temperaturas alcanzadas. El gripado aparece habitualmente cuando se han
producido deficiencias en su lubricación.
RAYADO EN DISTINTOS GRADOS (SCORING, GOUGING) Scoring: El
rayado (scoring) es un daño superficial debido a la acumulación de pequeños
agarrotamientos causados por el deslizamiento bajo una mala lubricación o
en condiciones de trabajo severas. Gouging: Desplazamiento del material de
una superficie por la acción de corte o rasgado. La causa habitual es la
presencia de cuerpos extraños relativamente grandes entre piezas en
movimiento
Posibles Causas
CAUSAS Y SINTOMAS AL MANTENIMIENTOCAUSAS:
1- Mal diseño, mala selección del material.
2- Imperfecciones del material, del proceso y/o de su fabricación.
3- Errores en el servicio y en el montaje.
4- Errores en el control de Calidad, mantenimiento y reparación.
5- Factores ambientales, sobrecargas.
SINTOMAS:
1- la pieza queda completamente inservible.
2- a pesar de que funciona no cumple su función satisfactoriamente
3- su funcionamiento es poco confiable debido a las fallas y presenta
riesgos
Solución o Acción a Tomar
La solución a los problemas de desgaste comienza por un examen
detallado del sistema tribológico con todos los factores de influencia que está
implicado. A partir de ahí puede deducirse qué condiciones de fricción y
mecanismos de desgaste están actuando y cuándo actúan. Sin embargo las
causas del desgaste no siempre se pueden determinar, conllevando a que en
muchos casos sea imposible determinarlas aún cuando el mecanismo se
haya lubricado correctamente.
Protección Contra La Corrosión
De las medidas utilizadas industrialmente para combatir la corrosión
están las siguientes:
1. Uso de materiales de gran pureza.
2. Presencia de elementos de adición en aleaciones, ejemplo aceros
inoxidables.
3. Tratamientos térmicos especiales para homogeneizar soluciones
sólidas, como el alivio de tensiones.
4. Inhibidores que se adicionan a soluciones corrosivas para disminuir
sus efectos, ejemplo los anticongelantes usados en radiadores de los
automóviles
.5.superficial: pinturas, capas de oxido, recubrimientos metálicos6.
Protección catódica.
Solución Al Desgaste Por Cavitación
1. Desarrollo de materiales más resistentes
2. Mejorar el diseño de equipos
Factores Que Hacen Disminuir El Desgate Abrasivo
Aumento de la dureza de las capas superficiales de los elementos de
máquinas. Incremento del contenido de carbono y de carburos duros hasta
un por ciento determinado en dependencia del material. Control de la
relación de dureza metal-abrasivo. Disminución del tamaño de las partículas
abrasivas. Evitar la entrada de partículas abrasivas provenientes del medio.
Facilitar la salida de las partículas abrasivas producto del desgaste.
Selección adecuada del ángulo de ataque de las partículas en dependencia
de los materiales utilizados.
SOLUCION O ACCION A TOMAR CON SISTEMAS TECNOLOGICOS
Existen bancos de prueba donde se pueden llevar a cabo pruebas
tribológicas para toda la maquina, algún sistema o componentes.
Las pruebas de laboratorio son usadas en el estudio de los principios
fundamentales de la fricción y los procesos de desgaste. Las condiciones de
este tipo de pruebas son orientadas hacia el estudio de un fenómeno en
específico, mas que simular un comportamiento tribológico real.