CRITERIOS BASICOS PARA

TRIBOLOGIA

Ambato – Diciembre 2014

ROZAMIENTO y FRICCION .Estrictamente hablando, el rozamiento, también conocido como fricción, es un concepto físico derivado de la interacción de dos cuerpos íntimamente unidos por una fuerza F perpendicular a la superficie de contacto. Este rozamiento está representado por la fuerza P paralela a la superficie de contacto, que hay que aplicar a uno de los cuerpos para que se mueva deslizándose sobre el otro (figura1).

En la práctica, este estado "ideal" de rozamiento "seco" solo se consigue en ciertas condiciones muy especiales, ya que en la mayoría de los casos, entre los cuerpos existe algún otro elemento interactuante, como suciedad, polvo, algún fluido pelicular etc., que aparta el proceso de esta idealización. No obstante para la mayoría de la aplicaciones basta con que los cuerpos estén naturalmente secos y limpios para ser considerados como cumplimentadores de estas condiciones.

La magnitud de la fuerza P resulta una fracción de la fuerza F y su valor es mas grande a medida que aumenta el valor de la carga de unión F, pero además, depende de otros factores adicionales que intervienen en el proceso, todos estos factores adicionales involucrados, están representados por un número conocido como coeficiente de rozamiento

Naturaleza de los cuerpos.Debido a factores de origen complejo, alguno de los cuales no son bien conocidos, el coeficiente de fricción resultante para la interacción entre dos cuerpos, a igualdad del resto de las condiciones, depende de la naturaleza y de la constitución de los cuerpos. Así por ejemplo; este coeficiente es diferente para el roce entre acero templado y acero templado que para acero templado y acero blando, o entre acero templado e hierro fundido etc.

Existen en la práctica ciertas tablas ya elaboradas donde se definen estos valores promedio para ciertas uniones utilizadas en la maquinaria en general.Presencia de otro elemento en la unión. En la mayor parte de los casos reales entre las superficies en contacto siempre existe algún elemento adicional interpuesto entre los cuerpos involucrados. Este elemento puede ser muy influyente en el coeficiente de fricción.

El valor del coeficiente de rozamiento podrá aumentar o disminuir, y dependerá en cada caso, de la naturaleza y forma del elemento interpuesto.

Para la disminución del coeficiente de fricción, lo mas común es encontrar en la unión el uso de un fluido líquido, este fluido recibe el nombre de lubricante y el rozamiento se conoce como rozamiento húmedo o lubricado, en otros casos, se introducen cuerpos sólidos esféricos y duros que facilitan en gran grado el movimiento mutuo lo que se conoce como rozamiento por rodadura.

En algunos casos lo que se necesita es aumentar el coeficiente de fricción para reducir o impedir el deslizamiento mutuo, en estos casos se acude a partículas agudas y duras que se se oponen al movimiento al incrustarse en las superficies debido a la carga P.Hay una notable diferencia entre el coeficiente de rozamiento resultante en una unión antes y después de iniciado el movimiento relativo. Antes de iniciado el movimiento, al coeficiente de rozamiento se le llama coeficiente de fricción estático y una vez iniciado el movimiento dinámico.

En la inmensa mayoría de los casos el coeficiente de rozamiento estático es mayor que el dinámico.

Diferencia entre rozamiento dinámico y estático

No se tiene una idea perfectamente clara de la diferencia entre el rozamiento dinámico y el estático, pero se tiende a pensar que el estático es algo mayor que el dinámico, porque al permanecer en reposo ambas superficies pueden aparecer enlaces iónicos, o incluso microsoldaduras entre las superficies, factores que desaparecen en estado de movimiento. Éste fenómeno es tanto mayor cuanto más perfectas son las superficies.

Ejemplos: Un caso más o menos común es el del gripaje de un motor por

estar mucho tiempo parado (no sólo se arruina por una temperatura muy elevada), ya que al permanecer las superficies, del pistón y la camisa, durante largo tiempo en contacto y en reposo, pueden llegar a soldarse entre sí.

Un ejemplo bastante común de fricción dinámica es la ocurrida entre los neumáticos de un auto y el pavimento en un frenado abrupto.

Comprobacion: Como comprobación de lo anterior, se realiza el siguiente

ensayo, sobre una superficie horizontal se coloca un cuerpo, y le aplica un fuerza horizontal F , muy pequeña en un principio, se puede ver que el cuerpo no se desplaza, la fuerza de rozamiento iguala a la fuerza aplicada y el cuerpo permanece en reposo, en la gráfica se representa en el eje horizontal la fuerza F aplicada, y en el eje vertical la fuerza de rozamiento Fr.

Representación grafica: Entre los puntos O y A, ambas

fuerzas son iguales y el cuerpo permanece estático; al sobrepasar el punto A el cuerpo súbitamente se comienza a desplazar, la fuerza ejercida en A es la máxima que el cuerpo puede soportar sin deslizarse, se denomina Fe o fuerza estática de fricción;

la fuerza necesaria para mantener el cuerpo en movimiento una vez iniciado el desplazamiento es Fd o fuerza dinámica, es menor que la que fue necesaria para iniciarlo (Fe). La fuerza dinámica permanece constante.

Sistema Tribologico y Sistema

Tribotecnico: Sistema tribológico. Es un sistema natural o artificial de

elementos materiales. Por lo menos dos, donde se presenta friccion y en casos extremos el desgaste.

Sistema tribotécnico. Sistema particular o grupo funcional, donde existen varios puntos de fricción. Los cuales tienen la función de transmitir energía o movimiento. Un reductor, por ejemplo corresponde a un caso sencillo de un sistema tribotécnico.

MIS MAESTROS:

CALIXTO: Rodríguez Martínez, Calixto

Ingeniero Mecánico. Doctor en Ciencias Técnicas. Con especialidad en Tribología (1986). Profesor Emérito del Departamento de Mecánica y Diseño de la Universidad de Oriente, Cuba.

Premio de la Academia de Ciencias de Cuba.

ZAGARO: Sagaró Zamora, Roberto

Ingeniero Mecánico. Doctorado en Ciencias Técnicas, en la especialidad de Tribología en 1995. Profesor de la Universidad de Oriente, Cuba.

Obtuvo el premio de la

Academia de Ciencias de Cuba.

LUBRICACION MECANICA:La mayoría de las compañías tienen un número

significativo de plantas y cientos de equipos rotativos de diferentes tamaños, móviles ó estacionarios, los cuales pueden estar concentrados ó distribuidos en un área de miles de kilómetros cuadrados. Debido a esto es esencial una adecuada lubricación mecánica...

ANALISIS DE LABORATORIO A LOS LUBRICANTES

Un buen número de empresas del sector industrial y automotriz no utilizan el recurso de los análisis de laboratorio a los aceites usados, con la finalidad de bajar sus costos de mantenimiento de una forma sistemática y programada e incrementar la confiabilidad y disponibilidad de sus equipos rotativos, sino que lo hacen de manera ocasional cuando el equipo rotativo presenta un funcionamiento anormal ó cuando alguien, más por curiosidad que por interés técnico, quiere saber el estado del aceite usado.

CURVA DE STRIBECK: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 lubricación consiste en la introducción de una capa intermedia de un material ajeno entre las superficies en movimiento. Estos materiales intermedios se denominan lubricantes y su 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 semisólido o pastoso.

EL CALOR:Se define como la transferencia de energía térmica que se da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas,

La energía calórica o térmica puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia, estos son la radiación, la conducción y la convección.

FRICCION: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 relativo entre ambas superficies de contacto (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.

FRICCION:Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, sino que forme un ángulo φ con la normal N (el ángulo de rozamiento).

Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.

FRICCION:

Fig. 1 - Fricción estática: no se inicia el movimiento si la fuerza tangencial aplicada T hace que el ángulo sea menor a φ0 (no supera a Fr).

CONDUCCION DE CALOR:El segundo principio de la termodinámica determina que el

calor sólo puede fluir de un cuerpo más caliente a uno más frío, la ley de Fourier fija cuantitativamente la relación entre el flujo y las variaciones espacial y temporal de la temperatura

Conduccion de calor o transmision de calor por CONDUCCION

Es un proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que está en contacto con el primero. La propiedad física de los materiales que determina su capacidad para conducir el calor es la conductividad térmica. La propiedad inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

CONVECCION:La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en una cacerola,

CONVECCION:La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en una cacerola,

CONVECCION:la que está en contacto con la parte de abajo de la cacerola se mueve hacia arriba, mientras que el agua que está en la superficie, desciende, ocupando el lugar que dejó la caliente.

RADIACION:Se denomina radiación térmica o radiación calorífica a la emitida por un cuerpo debido a su temperatura. Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética, siendo su intensidad dependiente de la temperatura y de la longitud de onda considerada. En lo que respecta a la transferencia de calor la radiación relevante es la comprendida en el rango de longitudes de onda de 0,1µm a 100µm, abarcando por tanto parte de la región ultravioleta, la visible y la infrarroja del espectro electromagnético.

RADIACION:La materia en un estado condensado (sólido o líquido) emite un espectro de radiación continuo. La frecuencia de onda emitida por radiación térmica es una densidad de probabilidad que depende solo de la temperatura.

Los cuerpos negros emiten radiación térmica con el mismo espectro correspondiente a su temperatura, independientemente de los detalles de su composición.

El fretting es un desgaste, acompañado a veces de daño corrosivo, en superficies con una cierta rugosidad. Este defecto es ocasionado en zonas en las que existen desplazamientos relativos oscilatorios de muy pequeña amplitud, como por ejemplo, una vibración, entre piezas que se encuentran en contacto bajo carga.

El movimiento vibratorio provoca un desgaste mecánico y la transferencia de material en la superficie, a menudo seguida de oxidación tanto del metal arrancado como de las superficies metálicas que acaban de quedar al descubierto. La amplitud de dicho movimiento vibratorio va del orden de micrómetros a milímetros, pero puede ser tan pequeña como de 3 o 4 nanómetros.

Puesto que el óxido suele ser mucho más duro que la superficie de la que procede, éste termina actuando como un agente abrasivo que aumenta el desgaste por rozamiento y da lugar a la formación de estrías.

Tipos de fretting

Se dividen según el tipo de daño que predomina:Corrosión por fretting: Cuando el daño principal que sufren las superficies en contacto es la formación de óxido.Desgaste por fretting: cuando el desgaste y la formación de grietas superficiales es el daño más importante. A menudo ambos términos son utilizados como sinónimos, ya que el desgaste de las superficies en contacto, generalmente implica la formación de óxido.Fatiga por fretting: el fretting disminuye la resistencia a la fatiga de los materiales que operan bajo ciclos de carga. Como consecuencia de la misma, las grietas pueden crecer de modo que se produzca el fallo de uno de los componentes.

Productos afectadosAlgunos ejemplos de piezas comúnmente afectadas son:

. Las ranuras de accionamiento en los ejes de transmisión.

. El interfaz de las ruedas y las tuercas de sujeción que lleva.

. Las juntas de estanqueidad que se encuentran en la culata de un motor, que están sujetas a grandes diferenciales de coeficientes de expansión térmica.. En escaleras mecánicas y ascensores.. En el transporte ferroviario, por ejemplo, a nivel de los ejes de transmisión y las ruedas.