1. FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLN DEPARTAMENTO DE INGENIERA LABORATORIO DE TECNOLOGA DE MATERIALES LECTURAS DE INGENIERA 2:TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE YLUBRICACIN. M. en I. Felipe Daz del Castillo Rodrguez.CUAUTITLN IZCALLI 2007

2. NDICEPag.INTRODUCCIN ...11. LA TRIBOLOGA:ARTE,CIENCIA Y TECNOLOGA 21.1. A TRAVS DE LA HISTORIA ...21.2. FUNDAMENTOS DE LA TRIBOLOGA 31.3. APLICACIONES ..3 1.3.1. Significado de la tribologa en la industria ...42. FRICCIN ....52.1 TIPOS DE ROZAMIENTO .5 2.1.1. Fuerza de rozamiento esttica ..5 2.1.2. Fuerza de rozamiento cintico ..6 2.1.3. Valores de los coeficientes de friccin .7 2.1.4. Rozamiento entre superficies de slidos 103. DESGASTE 113.1. INTRODUCCIN . 114. LA LUBRICACIN .... 144.1. BREVE RECORDATORIO HISTRICO ..144.2. OBJETIVOS Y CAMPOS DE APLICACIN ....164.3. TIPOS DE LUBRICACIN ....174.4. TIPOS DE LUBRICANTES 174.5. VISCOSIDAD... 184.5.1. Efecto de la temperatura en al viscosidad ...204.6. GRADOS DE ACEITE ..214.6.1. Viscosidad de los lubricantes ..22 4.6.2. Caractersticas API ....23BIBLIOGRAFA ..25 3. LECTURAS DE INGENIERA 2.TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACIN INTRODUCCINEl desarrollo de la Ciencia y Tecnologa actuales implican la generacin y aplicacin delconocimiento en muchas reas y consecuentemente el estudiante de Ingeniera debeestar al tanto de los mismos, sin embargo, debido a la actualizacin poco frecuente de losprogramas y planes de estudio y ms que nada por las limitaciones propias de semestresde apenas cuatro meses de actividades acadmicas, es difcilla actualizacin delestudiante en dichos conocimientos, adems, dejar trabajos de investigacin no funcionade la manera deseada, ya que en muchas ocasiones se descargan de Internet y seimprimen sin siquiera leerlos, de ese modo, surge la idea de crear una serie de apuntesde temas bsicos para el ingeniero actual como son: el endurecimiento superficial delacero, las fundiciones de hierro, la tribologa y el desgaste, la superplasticidad, losavances en la industria siderrgica, etc.En esta segunda lectura se presenta el tema de tribologa, y los factores que incluyecomo son: friccin, desgaste y lubricacin.Se espera que sea de utilidad e inters para los alumnos y personas interesadas en eltema.ATTE.Mtro. Felipe Daz del Castillo Rodrguez.1 4. LECTURAS DE INGENIERA 2.TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACIN1. LA TRIBOLOGA: ARTE, CIENCIA Y TECNOLOGA La palabra Tribologa se deriva del trmino griego tribos, el cual entenderse comofrotamiento o rozamiento, as que la interpretacin de la palabra puede ser, laciencia del rozamientoLos diccionarios definen a la Tribologa como la ciencia y tecnologa que estudia lainteraccin de las superficies en movimiento relativo, as como los temas y prcticasrelacionadas. La Tribologa es el arte de aplicar un anlisis operacional a problemas degran importancia econmica, llmese, confiabilidad, mantenimiento, y desgaste delequipo tcnico, abarcando desde la tecnologa aeroespacial hasta aplicacionesdomsticas. El entendimiento de las interacciones superficiales en una interfase requieretener conocimiento de varias disciplinas incluyendo la fsica, qumica, matemticasaplicadas, mecnica de slidos, mecnica de fluidos, termodinmica, transferencia decalor, ciencia de materiales, reologa, lubricacin, diseo de mquinas, desempeo yconfiabilidad. 1.1. A TRAVS DE LA HISTORIA En s, la Tribologa podra parecer algo nuevo, pero solamente el trmino como tal loes, ya que el inters en temas relacionados con la disciplina existe desde antes de que lahistoria se escribiera. Como un ejemplo, se sabe que las brocas realizadas durante elperiodo Paleoltico para perforar agujeros o para producir fuego, eran fijados conrodamientos hechos de cornamentas o huesos.Los documentos histricos muestran el uso de la rueda desde el 3500 a.C., lo cual ilustrael inters de nuestros antepasados por reducir la friccin en movimientos de traslacin.Los egipcios tenan el conocimiento de la friccin y los lubricantes, esto se ve en eltransporte de grandes bloques de piedra para la construccin de monumentos. Pararealizar esta tarea utilizaban agua o grasa animal como lubricante.El artista-cientfico renacentista Leonardo Da Vinci fue el primero que postul unacercamiento a la friccin. Da Vinci dedujo la leyes que gobiernan el movimiento de unbloque rectangular deslizndose sobre una superficie plana, tambin, fue el primero en 2 5. LECTURAS DE INGENIERA 2.TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINintroducir el concepto del coeficiente de friccin. Desafortunadamente sus escritos nofueron publicados hasta cientos de aos despus de sus descubrimientos. Fue en 1699 queel fsico francs Guillaume Amontons redescubri las leyes de la friccin al estudiar eldeslizamiento entre dos superficies planas.Muchos otros descubrimientos ocurrieron a lo largo de la historia referentes al tema,cientficos como Charles Agustn de Coulomb, Robert Hooke, Isaac Newton, entre otros,aportaron conocimientos importantes para el desarrollo de esta ciencia.Al surgir la Revolucin Industrial el desarrollo tecnolgico de la maquinaria paraproduccin avanz rpidamente. El uso de la potencia del vapor permiti nuevastcnicas de manufactura. En los inicios del siglo veinte, desde el enorme crecimientoindustrial hasta la demanda de una mejor tribologa, el conocimiento de todas las reasde la tribologa se expandi rpidamente. 1.2. FUNDAMENTOS DE LA TRIBOLOGALa Tribologa se centra en el estudio de tres fenmenos; la friccin entre dos cuerposen movimiento, el desgaste como efecto natural de este fenmeno y la lubricacin comoun medio para evitar el desgaste. 1.3. APLICACIONESLa Tribologa est presente en prcticamente todos los aspectos de la maquinara,motores y componentes de la industria en general. Los componentes tribolgicos mascomunes son: Rodamientos Frenos y embragues Sellos Anillos de pistones Engranes y LevasLas aplicaciones ms comunes de los conocimientos tribolgicos, aunque en la prcticano se nombren como tales, son 3 6. LECTURAS DE INGENIERA 2. TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACIN Motores elctricos y de combustin (componentes y funcionamiento) Turbinas Extrusin Rolado Fundicin Forja Procesos de corte (herramientas y fluidos) Elementos de almacenamiento magntico Prtesis articulares (cuerpo humano)La aplicacin de los conocimientos de la Tribologa en estas prcticas deriva en: Ahorro de materias primas Aumento en la vida til de las herramientas y la maquinara Ahorro de recursos naturales Ahorro de energa Proteccin al medio ambiente Ahorro econmico 1.3.1. Significado de la Tribologa en la IndustriaLa tribologa es crucial para la maquinara moderna que utiliza superficies rodantes y/odeslizantes.De acuerdo a algunos estimados, las prdidas resultantes de la ignorancia en tribologaen los Estados Unidos representan aproximadamente el 6% del total del producto bruto($200 billones de dlares por ao en 1966), y aproximadamente un tercio de los recursosenergticos existentes se pierden en forma de friccin. Por esto, la importancia de lareduccin de la friccin y el desgaste para un ahorro de dinero y una confiabilidad aargo plazo de la maquinaria. Segn Jost (1966,1976), el Reino Unido podra ahorraraproximadamente 500 millones de libras al ao, y los Estados Unidos llegaran a ahorrarhasta 16 billones de dlares al ao utilizando mejores prcticas tribolgicas. Este ahorroes significativo y puede obtenerse sin hacer una gran inversin de capital.4 7. LECTURAS DE INGENIERA 2.TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACIN2. FRICCINSe define como fuerza de rozamiento o fuerza de friccin entre dos superficies encontacto a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra (fuerzade friccin cintica) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza defriccin esttica). Las fuerzas de friccin son importantes en la vida cotidiana ya que nospermiten caminar y correr. Toda fuerza de friccin se opone a la direccin delmovimiento relativo. 2.1. TIPOS DE ROZAMIENTOExisten dos tipos de rozamiento o friccin, la friccin esttica y la friccin dinmica ocintica. 2.1.1. Fuerza de rozamiento estticaEs la fuerza de rozamiento entre dos objetos que no estn en movimiento relativo.Como se ve en la figura 1 la fuerza F aplicada sobre el bloque de peso W =mg aumentagradualmente, pero el bloque permanece en reposo. Como la aceleracin es cero lafuerza aplicada es igual y opuesta a la fuerza de rozamiento esttico Fe. F=Fe Figura 1. Creacin de la fuerza de friccin FeLa mxima fuerza de rozamiento corresponde al instante en el que el bloque est a puntode deslizar, esto es: Femx= eN 5 8. LECTURAS DE INGENIERA 2. TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACIN Figura 2. Fuerza de friccin mximaLa constante de proporcionalidad e se denomina coeficiente de rozamiento esttico. 2.1.2. Fuerza de rozamiento cinticoEn la figura 3, se muestra un bloque arrastrado por una fuerza F horizontal. Sobre elbloque actan el peso mg, la fuerza normal N que es igual al peso, y la fuerza derozamiento Fk entre el bloque y el plano sobre el cual desliza. Si el bloque desliza convelocidad constante la fuerza aplicada F ser igual a la fuerza de rozamiento Fk.Figura 3. Fuerza de rozamiento cintico FkSe puede investigar la dependencia de Fk con la fuerza normal N. Se ve que si se duplicala masa m del bloque que desliza colocando encima de ste otro igual, la fuerza normal Nse duplica, la fuerza F con la que se tira del bloque se duplica y por tanto, Fk se duplica.De ese modo, la fuerza de rozamiento dinmico Fk es proporcional a la fuerza normal N. Fk = k NLa constante de proporcionalidad k es un nmero sin dimensiones que se denominacoeficiente de rozamiento cintico. 6 9. LECTURAS DE INGENIERA 2. TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINEl valor de k es casi independiente del valor de la velocidad para velocidades relativaspequeas entre las superficies, y decrece lentamente cuando el valor de la velocidadaumenta, figura 4.Figura 4. 2.1.3. Valores de los coeficientes de friccinLos coeficientes de rozamiento esttico y dinmico dependen de las condiciones depreparacin y de la naturaleza de las dos superficies y son casi independientes del reade la superficie de contacto, proporcionndose en la tabla 1, el valor de algunos de ellos Tabla 1. Coeficiente de rozamiento de algunas sustancias: 7 10. LECTURAS DE INGENIERA 2. TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINNo se tiene una idea perfectamente clara de la diferencia entre el rozamiento dinmico yel esttico, pero se tiende a pensar que el esttico es mayor que el dinmico, porque alpermanecer en reposo ambas superficies, pueden aparecer enlaces inicos, o inclusomicrosoldaduras entre las superficies. ste fenmeno es tanto mayor cuanto msperfectas son las superficies. Un caso ms o menos comn es el del gripaje de un motorpor estar mucho tiempo parado (no solo se arruina por una temperatura muy elevada),ya que al permanecer las superficies del pistn y la camisa durante largo tiempo encontacto y en reposo, pueden llegar a soldarse entre s.La explicacin de que la fuerza de rozamiento es independiente del rea de la superficieaparente de contacto es la siguiente:La mayora de las superficies, an las que se consideran pulidas son extremadamenterugosas a escala microscpica. En la figura 5 los picos de las dos superficies que seponen en contacto determinan el rea real de contacto que es una pequea proporcindel rea aparente de contacto (el rea de la base del bloque). El rea real de contactoaumenta cuando aumenta la presin (la fuerza normal) ya que los picos se deforman.Figura 5. Superficies en contacto pequeas 8 11. LECTURAS DE INGENIERA 2. TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINLos metales tienden a soldarse en fro, debido a las fuerzas de atraccin que ligan a lasmolculas de una superficie con las molculas de la otra. Estas soldaduras tienen queromperse para que el deslizamiento se presente. Adems, existe siempre la incrustacinde los picos con los valles. Este es el origen del rozamiento esttico.Cuando el bloque desliza sobre el plano, las soldaduras en fro se rompen y se rehacenconstantemente. Pero la cantidad de soldaduras que haya en cualquier momento sereduce por debajo del valor esttico, de modo que el coeficiente de rozamiento cintico esmenor que el coeficiente de rozamiento esttico.En la figura 5, la superficie ms pequea de un bloque est situada sobre un plano. En eldibujo situado encima, se ve un esquema de lo que se vera al microscopio: grandesdeformaciones de los picos de las dos superficies que estn en contacto. Por cada unidadde superficie del bloque, el rea de contacto real es relativamente grande (aunque esta esuna pequea fraccin de la superficie aparente de contacto, es decir, el rea de la basedel bloque).En la figura 6, la superficie ms grande del bloque est situada sobre el plano. El dibujomuestra ahora que las deformaciones de los picos en contacto son ahora ms pequeaspor que la presin es ms pequea. Por tanto, un rea relativamente ms pequea esten contacto real por unidad de superficie del bloque. Como el rea aparente en contactodel bloque es mayor, se deduce que el rea real total de contacto es esencialmente lamisma en ambos casos.Ahora bien, las investigaciones actuales que estudian el rozamiento a escala atmicademuestran que la explicacin dada anteriormente es muy general y que la naturaleza dela fuerza de rozamiento es muy compleja9 12. LECTURAS DE INGENIERA 2. TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINFigura 6. Superficie de contacto grandeFinalmente, la presencia de aceite o de grasa (lubricacin) en las superficies en contactoevita las soldaduras al revestirlas de un material inerte.2.1.4. Rozamiento entre superficies de slidosA continuacin se mencionan las Leyes de rozamiento para cuerpos slidos. La fuerza de rozamiento es de igual direccin y sentido contrario al movimiento del cuerpo. La fuerza de rozamiento es prcticamente independiente del rea de la superficie de contacto. La fuerza de rozamiento depende de la naturaleza de los cuerpos en contacto, as como del estado en que se encuentren sus superficies. La fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal que acta entre las superficies de contacto. Para un mismo par de cuerpos, el rozamiento es mayor en el momento de arranque que cuando se inicia el movimiento. La fuerza de rozamiento es prcticamente independiente de la velocidad con que se desplaza un cuerpo sobre otro. 10 13. LECTURAS DE INGENIERA 2. TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACIN 3. DESGASTE 3.1. INTRODUCCINEl proceso de desgaste, puede definirse como una prdida de material de la interfase dedos cuerpos, cuando se les ajusta a un movimiento relativo bajo la accin de una fuerza.En general, los sistemas de ingeniera implican el movimiento relativo entre componentesfabricados a partir de metales y no metales, y se han identificado seis tipos principales dedesgaste, como sigue: Desgaste por adherencia. Desgaste por abrasin. Desgaste por ludimiento. Desgaste por fatiga. Desgaste por erosin. Desgaste corrosivoA continuacin se explica brevemente cada uno de ellos:a) Desgaste adhesivo. Esta forma de desgaste ocurre cuando dos superficies se deslizanuna contra otra bajo presin. Los puntos de contacto (ver figura 7), proyeccionesmicroscpicas o la aspereza de la unin en la interfase donde ocurre el deslizamientodebido a los altos esfuerzos localizados, llevan a que las fuerzas de deslizamientofracturen la unin, desgarrando al material de una superficie y trasfirindolo a otra, loque puede ocasionar posteriormente mayor dao.Figura 7. Desgaste adhesivo entre dos piezas en movimiento 11 14. LECTURAS DE INGENIERA 2. TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINb) Desgaste por abrasin. Es la remocin de material de la superficie en contacto porsuperficies duras en superficies de coincidencia, o con superficies duras que presentan unmovimiento relativo en la superficie desgastada. Cuando es el caso de partculas duras,ellas pueden encontrarse entre las dos superficies que se deslizan entre s como semuestra en la figura 8o se podran incrustar en cualquiera de las superficies. Esconveniente aclarar que este tipo de desgaste se puede presentar en estado seco o bajo lapresencia de un fluido. Figura 8. Desgaste abrasivo debido a la presencia de partculas durasc) Desgaste por ludimiento. Esta forma de desgaste aparece como resultado delmovimiento oscilatorio de dos superficies en contacto, como sucede en mquinas dondeexiste vibracin entre las partes.d) Desgaste por fatiga superficial. Es probable que el modo predominante de la mayorade los tipos de desgaste sea por desprendimiento de material de la superficie por fatiga,ya sea que la naturaleza del movimiento sea unidireccional o de vaivn. Clasificar un tipoparticular de falla como desgaste por fatiga puede ser confuso. Sin embargo, a fin dehacer un clasificacin, el trmino desgaste por fatiga se reserva para identificar la fallade contactos lubricados en casos como los rodamientos de bolas o rodillo, engranes, levasy mecanismos impulsores de friccin. La prdida de material es por desprendimiento desuperficiales y por picaduras, como en los engranes.12 15. LECTURAS DE INGENIERA 2. TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINSe piensa que las grietas por fatiga aparecen debajo de la superficie en un punto en queel esfuerzo cortante es mximo, figura 9. Figura 9. Desgaste por fatiga superficialObviamente, puede lograrse un mejora en la vida de estos elementos, si trabaja a uncarga de contacto baja y el mtodo ms preferido en la industria es producircomponentes con la profundidad ptima de capa endurecida junto con un buen acabadosuperficial. El propsito de esta capa externa dura tal como se obtiene por carburacin,nitruracin o sulfurizacin es proporcionar una superficie con un alto lmite deresistencia en una regin vulnerable a la iniciacin de grietas.e) Desgaste erosivo. Este tipo de desgaste ocasiona prdidas de material en la superficiepor el contacto con un lquido que contiene en suspensin cierta cantidad de partculasabrasivas como se muestra en la figura 10, siendo esencial el movimiento relativo entre elfluido y la superficie, ya que la fuerza de las partculas, que de hecho son responsablesdel dao, se aplica cinmaticamente. En el desgaste erosivo es donde el movimientorelativo de las partculas slidas es casi paralelo con las superficies erosionadas sedenomina erosin abrasiva, por otro lado, la erosin en la que el movimiento relativo delas partculas es casi normal (perpendicular) a la superficie erosionada se conoce comoerosin bajo impacto. 13 16. LECTURAS DE INGENIERA 2. TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINFigura 10. Desgaste erosivo debido a la accin de un fluido con partculas abrasivas en suspensinf) Desgaste corrosivo. En esta forma de desgaste las reacciones qumicas oelectroqumicas con el medio ambiente contribuyen significativamente en la velocidaddel desgaste. En algunas ocasiones, las reacciones qumicas ocurren primero y sonseguidas por una remocin de los productos de la corrosin mediante una accinmecnica (abrasin), de otra manera, la accin mecnica podra preceder a la accinqumica dando como resultado la creacin de pequeas partculas de desperdicio. 4. LA LUBRICACIN 4.1. BREVE RECORDATORIO HISTRICOEl propsito de la lubricacin es la separacin de dos superficies con deslizamientorelativo entre s de tal manera que no se produzca dao en ellas: se intenta con ello que elproceso de deslizamiento sea con el rozamiento ms pequeo posible. Para conseguir estose intenta, siempre que sea posible, que haya una pelcula de lubricante de espesorsuficiente entre las dos superficies en contacto para evitar el desgaste como se muestra enla figura 11. Figura 11. Pelcula de lubricante entre dos cuerpos en contacto 14 17. LECTURAS DE INGENIERA 2.TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINEl lubricante en la mayora de los casos es aceite mineral. En algunos casos se utilizaagua, aire o lubricantes sintticos cuando hay condiciones especiales de temperatura,velocidad, etc.Histricamente, es interesante sealar que nicamente con la mejora de los procesos defabricacin de elementos metlicos (a partir de la revolucin industrial) y el aumento delas velocidades de giro de ejes (por encima de las habituales de un carro o un molino) lalubricacin hidrodinmica se convierte en el tipo normal de lubricacin y empieza a serestudiada.La lubricacin con grasas (lubricacin lmite) recibi una atencin especial desde hace yamuchos aos. Un gran nmero de famosos investigadores realiz experimentos sobrelubricacin: Leonardo da Vinci (1508), Amontons (1699), Euler (1748), Coulomb (1809).Amontons y Coulomb hallaron que la fuerza de friccin F que hay que vencer paramover un cuerpo respecto a otro es proporcional a la carga normal aplicada P: es decirexiste una constancia del cociente P/F, llamado coeficiente de friccin. Los primerostrabajos sobre un eje con cojinetes trabajando en condiciones hidrodinmicas fueronrealizados por Pauli (1849) y Hirn (1854). Estos trabajos fueron analizados por elcientfico ruso Petroff en 1883. Tower entre 1883 y 1885 demostr que se generaban eneste tipo de cojinetes unas presiones elevadas: este hecho fue explicado en 1886 porReynolds que demostr que era necesaria una forma convergente en la pelcula para quese generara un aumento de presin.Los experimentos de Tower resultaron claves en el desarrollo de esta teora. Towerestaba encargado de estudiar la friccin en los soportes de los ejes de los carros deferrocarril y de ver el mejor medio de lubricarlos. En el curso de una de susinvestigaciones vio que uno de sus cojinetes parciales tena un coeficiente de friccin muybajo (4 de dimetro, 6 de longitud, arco de contacto 157). Tower practic un agujeroen el apoyo tal como se ve en la figura 11 y vio que la presin que se generaba al girar eleje era elevada. Esto le llev a hacer un estudio de la distribucin de presiones a lo anchodel cojinete. 15 18. LECTURAS DE INGENIERA 2.TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACIN Figura 11. Un eje y su cojinete 4.2. OBJETIVOS Y CAMPOS DE APLICACINEl objetivo de la lubricacin es reducir el rozamiento, el desgaste y el calentamiento delas superficies en contacto de piezas con movimiento relativo.La aplicacin tpica en ingeniera mecnica es el cojinete, constituido por mun o eje,manguito o cojinete.Los principales campos de aplicacin son: Cojinetes del cigeal y bielas de un motor (vida de miles de km). Cojinetes de turbinas de centrales (fiabilidad de 100%).Los factores a considerar en diseo son tcnicos y econmicos: Cargas aplicadas y condiciones de servicio. Condiciones de instalacin y posibilidad de mantenimiento. Tolerancias de fabricacin y funcionamiento; vida exigida. Costo de instalacin y mantenimiento.El estudio de la lubricacin est basado en la: Mecnica de fluidos. Termodinmica y transmisin de calor.16 19. LECTURAS DE INGENIERA 2.TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACIN Mecnica de slidos, materiales. 4.3 TIPOS DE LUBRICACIN.Pueden distinguirse tres formas distintas: Lubricacin hidrodinmica, Lubricacin lmite o de contorno, Lubricacin hidrosttica.Lubricacin hidrodinmica: Las superficies estn separadas por una pelcula delubricante que proporciona estabilidad. No se basa en introducir lubricante a presin(puede hacerse), exige un caudal de aceite, la presin se genera por movimiento relativo.Se habla tambin de lubricacin de pelcula gruesa, fluida, completa o perfecta.Lubricacin lmite: La pelcula de lubricante es tan fina que existe un contacto parcialmetal-metal. La accin resultante no se explica por la hidrodinmica.Puede pasarse de lubricacin hidrodinmica a lmite por cada de la velocidad, aumentode la carga o disminucin del caudal de aceite. En este tipo de lubricacin (de pelculadelgada, imperfecta o parcial) mas que la viscosidad del lubricante es ms importante lacomposicin qumica. Al proyectar un cojinete hidrodinmico hay que tener en cuentaque en el arranque puede funcionar en condiciones de lubricacin lmite.Lubricacin hidrosttica: Se obtiene introduciendo a presin el lubricante en la zona decarga para crear una pelcula de lubricante. no es necesario el movimiento relativoentre las superficies. se emplea en cojinetes lentos con grandes cargas. puedeemplearse aire o agua como lubricante.4.4. TIPOS DE LUBRICANTES: Los principales tipos de lubricacin son:Lquidos: Son los de uso mas frecuente y los que se basan en fracciones de petrleorefinado o en fluidos sintticos. Los lubricantes lquidos de petrleo son los de uso mas17 20. LECTURAS DE INGENIERA 2.TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINextenso, debido a su adaptabilidad general a la mayora de los equipos existentes o por sudisponibilidad a un costo moderado. Fluidos sintticos: Fluidos resistentes al fuego:Slidos: Un lubricante slido es una pelcula delgada constituida por slido o unacombinacin de slidos introducida entre dos superficies en rozamiento con el fin demodificar la friccin y el desgaste y pueden ser: Lubricantes slidos no ligados: o Lubricantes slidos ligados:Aceites animales, vegetales y de pescado: Los aceites grasos se obtienen a partir de laextraccin de los aceites de muchas fuentes vegetales y de la grasa de los animalesdomsticos y tambin del pescado. Su caracterstica comn se basa en su estructuraqumica glicrica. 4.5.VISCOSIDADLa expresin de la resistencia interna del fluido al desplazamiento es la viscosidad (leyde Newton):Se explica a partir de la figura 12, suponiendo flujo laminar y que el fluido en contactocon las placas tiene la velocidad de stas.18 21. LECTURAS DE INGENIERA 2. TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACIN Figura 12. Representacin esquemtica de la resistencia del fluidoLa fuerza aumenta con el rea y la velocidadLas unidades con las que se expresa la viscosidad absoluta son las siguientes: N.s/ m2 = Pa.s libras.s / in2 = Reynolds dina.s / cm2 = Poise 1 Reynolds = 6.9 106 centipoises.19 22. LECTURAS DE INGENIERA 2.TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINEl mtodo estndar ASTM para determinar la viscosidad emplea un ViscosmetroSaybolt Universal (VSU). Se mide el tiempo t que tardan 60 ml de lubricante a unatemperatura en escurrir por un tubo de 17.6 mm de dimetro y 12.25 mm de longitud.Aplicando la ley de Hagen-Poiseuille se hallan las siguientes relaciones: 2 Viscosidad cinemtica (m /s) Viscosidad dinmica (Pa.s)Donde : 3 es la densidad (kg/m ) a la temperatura del ensayo. 4.5.1. Efecto de la temperatura en la viscosidad: La viscosidad disminuye con la temperatura. Se utiliza el ndice de viscosidad (VI) y secompara con aceites de susceptibilidades trmicas muy pequeas y muy grandes.Para determinar el ndice VI de un aceite se sigue el procedimiento de la figura 13 . Se toman aceites con VI=0 y VI=100 que tengan la misma viscosidad a 100C que el aceite problema.20 23. LECTURAS DE INGENIERA 2.TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINFigura 13. Esquema para calcular el ndice VI de una aceite 4.6. GRADOS DE ACEITEExisten dos tipos de aceites para motores automotrices: los monogrado y los multigrado.El aceite "multigrado", como el caso de 10W-30, est diseado para que tenga lascaractersticas de fluidez, en temperaturas bajas, de un aceite 10W combinadas con laviscosidad adecuada a la temperatura operacional del motor de un aceite de grado SAE30. El sufijo "W" en los aceites multigrados indica que el aceite es apropiado para usoinvernal (a temperaturas menores de 30F/0C). Asegrese de consultar el manual delpropietario del vehculo para escoger la viscosidad correcta.21 24. LECTURAS DE INGENIERA 2. TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINTabla 2. Divisin de los grados de un aceite segn SAE.Grados de Arranque en FroDescripcinViscosidadProveen excelente economa decombustible y un mayor rendimiento a5W-30-13 F / -25C bajas temperatura en la mayora de losautomviles. Se recomiendan paramotores que no estn equipados consobrealimentador. Son recomendadosespecialmente para automviles nuevos.Laviscosidadrecomendadams10W-300 F / -18Cfrecuentemente para la mayora de losmotores automotrices, entre ellos, losmultivlvulas de alto rendimiento y lossobrecargadosEl primer aceite multigrado que sali almercado. Una buena seleccin para10W-400 F / -18Ccontrolar el desgaste del motor y prevenirla descomposicin del aceite debido a laoxidacin. Nota: siempre consulte elmanual del propietario del vehculo orequisitos de garanta antes de usar estegrado.Proporciona mxima proteccin y alto20W-5015 F / -9Crendimiento en motores de altasrevoluciones. Una excelente eleccinpara altas temperaturas y cargas pesadas.Para automviles y camiones ligerosSAE 3015 F / -9Csegn las recomendaciones de losSAE 4032 F / 0C fabricantes de motores. Su uso no esrecomendado cuando se requierearranque en fri. 4.6.1. Viscosidad de los lubricantesLa viscosidad es la propiedad del aceite que gobierna cual de las lubricaciones estarpresente: si la de limite o la de pelcula. Sin embargo, la viscosidad del aceite a latemperatura de prueba de la tabla, podr no reflejar las condiciones de funcionamientocuando el aceite es requerido para lubricar un motor a -29 C al arrancar, as como paralubricarlo a temperaturas arriba de 93 C cuando funciona a plena carga. 22 25. LECTURAS DE INGENIERA 2.TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINLos aceites reales tienen baja viscosidad a altas temperaturas y altas viscosidades a bajastemperaturas.La viscosidad de los aceites minerales se especifica, por medio de las clasificaciones SAEque se dan a continuacin.Tabla 3. Escala de viscosidad de los aceites mineralesEscala de viscosidad, segundos Saybolt Universal A 0 C A 54 C A 99 CClasificacin SAEMnimo Mximo Mnimo MximoMnimoMximo 1090 12010 W6000 12000 20 120 18520 W 12000 48000 30 185 255 40 25580 5080 105 60 125 125 70 125 150 4.6.2. Caractersticas APILa clasificacin API (Instituto Americano del Petrleo) de dos letras identifica el tipo demotor y calidad del aceite. La primera letra indica el tipo de motor para el cual el aceiteest diseado. La segunda letra indica el nivel de calidad API. Cuanto mayor es la letraalfabticamente, ms avanzado es el aceite y por lo tanto mayor es la proteccin para elmotor. Por ejemplo, el aceite SH puede usarse en cualquier motor que requiera un aceiteSB, SF, SG, etc 23 26. LECTURAS DE INGENIERA 2.TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINTabla 4. Caractersticas API para calidades de aceiteCaractersticas APITipo de Motor Descripcin SJ Motores de gasolina enAceite diseado para este serviciomodelos desde 1997 deprovee mayor ahorro de combustible,automviles debaja volatilidad y niveles bajos depasajeros y camionesfsforolivianos SH Motores de gasolina enProvee niveles mayores de calidad ymodelos desde 1994 derendimiento en las reas de control deautomviles dedepsitos,oxidacin, desgaste,pasajeros y camionesherrumbre y corrosinlivianos BServicio de motores dePara motoresoperados bajogasolina bajo serviciocondiciones que requieren solo mnimamnimoproteccin. Aceites sin detergentes.CF, CF-2Servicio de motores Los aceites CF proveen el controldiesel de inyeccin efectivo de los depsitos en el pistn,indirecta y Servicio de del desgaste y de la corrosin de losmotores diesel de dos cojinetes en una amplia gama de tipostiempos de combustibles utilizados fuera decarretera. LosaceitesCF-2proporcionan un control altamenteefectivo sobre el frotamiento y losdepsitos en los cilindros y las caras delos anillos en motores de dos tiempos. CD Servicio de motores Para motores diesel sobrealimentadosdiesel bajo serviciode altas revoluciones, alta potencia,severotrabajo pesado, que requieren uncontrol altamente eficaz contra lacorrosin de cojinetes y depsitos aaltas temperaturas cuando se utilizancombustibles de una amplia gama decalidades.24 27. LECTURAS DE INGENIERA 2. TRIBOLOGA: FRICCIN, DESGASTE Y LUBRICACINBIBLIOGRAFA1. Introduccin a la lubricacinCAMPUS TECNOLGICO, UNIVERSIDAD DE NAVARRA2. www. aceites Melluso.htm3. www.expedicionesdeleste.com.ar/Principal/articulos/grasas/grasas%20Melluso.htm4. http://www.lubricar.net/teoria.htm25