República Bolivariana De Venezuela1.docx

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” SEDE MARACAIBO INGINERIA EN MANTENIMIENTO MECANICO CATEDRA LUBRICACION INDUSTRIAL

Autores: Leangel Hernández C.I: 11394221

Maracaibo 10 de Diciembre de 2018

INTRODUCCION La tribología es la ciencia que estudia la fricción y el movimiento entre dos cuerpo con la finalidad de disminuir el desgaste generado por el rozamiento. En la antigüedad los egipcios estudiaban la manera de trasladar grandes bloques y utilizaban la tribología y aplicaban grasa animal para desplazar estas enormes masas de bloque. Para estudiar el desgaste por deslizamiento existen numerosos dispositivos experimentales. Estos dispositivos empleados en el laboratorio simulan las condiciones de trabajo en la práctica, con lo que se pretende obtener datos útiles sobre el coeficiente de fricción y grado de desgaste, así como estudiar el mecanismo por el que se produce el desgaste. Hay que tener en cuenta que el control y la medida de las variables que pueden influir en el desgaste son muy importantes ya que, tanto la fricción como el desgaste dependen de las condiciones de deslizamiento. Aunque la fricción y el desgaste no son equivalentes, son dos fenómenos que están relacionados, debido a la influencia mutua que ejerce uno sobre el otro. No obstante, durante el ensayo de desgaste es aconsejable ir registrando los valores de fricción ya que, un cambio brusco de ésta puede significar un cambio en el mecanismo de desgaste. Cuando al realizar el ensayo de desgaste las superficies en contacto están lubricadas, este mecanismo se denomina “desgaste por deslizamiento con lubricación”. Sin embargo, en algunos de los ensayos en el laboratorio, si las superficies se deslizan en el aire sin que se añada ningún lubricante, se denomina entonces “desgaste por deslizamiento en seco”. El desgaste depende de las condiciones de deslizamiento: de la velocidad, de la distancia recorrida, carga nominal, área de contacto, duración del ensayo... La velocidad lineal afecta al grado de disipación de la energía que se genera por fricción y, por lo tanto, a la temperatura de la interface que interviene en los procesos de deformación. A mayor velocidad lineal mayor temperatura. Además de la carga nominal, el tiempo de ensayo y la distancia recorrida, hay otros factores a tener en cuenta en el proceso de desgaste. La temperatura de ensayo tiene gran importancia por su influencia en las propiedades mecánicas de los materiales. También influyen notablemente en el desgaste la composición de la atmósfera y la orientación del aparato de ensayo. La atmósfera contiene oxígeno y vapor de agua que influye en el grado y mecanismo de desgaste, mientras que la orientación del aparato de ensayo puede afectar al desgaste debido a que, el comportamiento es distinto si las partículas de desgaste están alejadas del área de contacto a sí quedan atrapadas entre ambas superficies.

Desarrollo 

En que consiste la tribología.

Es la ciencia que estudia la fricción, el desgaste y la lubricación que tienen lugar durante el contacto entre superficies solidas en movimiento. Podemos definir la fricción como la resistencia al movimiento relativo entre dos cuerposen contacto. Al frotar un cuerpo contra otro, debe vencerse una resistencia. A esta fuerza que se opone al deslizamiento se le conoce como fricción. Los chinos también utilizaron esta ciencia sobre la fabricación de carros de guerras y estos disponían de cojinetes de bronce lubricados. En la edad de media utilizaron grandes ruedas hidráulicas. En la Edad Media uno de los avances más interesantes fue el desarrollo del reloj Mecánico, también se utilizaban ruedas hidráulicas y ejes de madera apoyados sobre cojinetes de piedra engrasados con sebo o manteca, aunque ya se conocían algunos cojinetes metálicos. Leonardo Da vinci también realizo estudios de rozamiento, lubricación y desgastes Estableció la proporcionalidad entre la fuerza de rozamiento y la carga normal Así entre otros como Amontons donde estableció las leyes de fricción. Newton estableció la hipótesis de que la resistencia de los fluidos dependía del gradiente de la velocidad, sentando las bases de la lubricación. Coulomb realizó diversos trabajos experimentales que publicó en el año 1781, donde consideraba que el rozamiento se debía a las asperezas existentes entre las superficies en contacto. En este mismo siglo, Tabor junto a otros autores demostraron la teoría de la adhesión en el rozamiento. La lubricación adquirió gran importancia a finales del siglo XIX puesto que reducía las pérdidas de rozamiento en máquinas. Los estudios realizados por Hertz en 1882 sobre el contacto entre los cristalesEn los últimos años del pasado siglo aparecieron los primeros cojinetes de bolas o rodillos, usualmente denominados rodamientos, y el desarrollo de los transportes y la maquinaria en este siglo ha obligado a los fabricantes a mejorar constantemente su calidad permitiendo cada vez mayores cargas. Sobre el año 1922 se comprobó que pequeñas cantidades de aceite entre dos superficies en contacto, donde intervienen capas muy delgadas de unas pocas moléculas de fluido, disminuían considerablemente el rozamiento entre ellas, este fenómeno Hardy lo denominó “lubricación límite”. Ya en 1949, Ertel y Grubin estudiaron el efecto de la deformación elástica de los sólidos en contacto en condiciones de trabajo a altas presiones, explicando la delgadez de las capas moleculares de menor magnitud que con la teoría clásica, fenómeno denominado “lubricación elastohidrodinámica”. Actualmente, en el campo de la tribología no cesan los trabajos sobre los estudios delos fenómenos que ocurren entre las superficies en contacto de materiales, puesto que sepueden conocer mejor gracias a los nuevos aparatos de medida como la microscopía electrónica.

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Impacto de la Tribología en la Industria.

La tribología es crucial para la maquinaría moderna que utiliza superficies rodantes y/o deslizantes. De acuerdo a algunos estimados, las pérdidas resultantes de la ignorancia en tribología en los Estados Unidos representan aproximadamente el 6% del total del producto bruto ($200 billones de dólares por año en 1966), y aproximadamente un tercio de los recursos energéticos existentes se pierden en forma de fricción. Por esto, la importancia de la reducción de la fricción y el desgaste para un ahorro de dinero y una confiabilidad a largo plazo de la maquinaria. Según Jost (1966,1976), el Reino Unido podría ahorrar aproximadamente 500 millones de libras al año, y los Estados Unidos llegarían a ahorrar hasta 16 billones de dólares al año utilizando mejores prácticas tribológicas. Este ahorro es significativo y puede obtenerse sin hacer una gran inversión de capital. 

Aplicaciones en la Ingeniería.

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 

Definición de la Fricción y los aspectos relacionados con esta.

La fricción se define como la resistencia al movimiento durante el deslizamiento o rodamiento que experimenta un cuerpo solido al moverse sobre otro con el cual está en contacto.

Las fuerzas de fricción son importantes en la vida cotidiana ya que nos permiten caminar y correr. Toda fuerza de fricción se opone a la dirección del movimiento relativo. TIPOS DE ROZAMIENTO

Existen dos tipos de rozamiento o fricción, la fricción estática y la fricción dinámica o cinética. Fuerza de rozamiento estática Es la fuerza de rozamiento entre dos objetos que no están en movimiento relativo. Como se ve en la figura 1 la fuerza F aplicada sobre el bloque de peso W =mg aumenta gradualmente, pero el bloque permanece en reposo. Como la aceleración es cero la fuerza aplicada es igual y opuesta a la fuerza de rozamiento estático Fe.

F=Fe

Figura 1. Creación de la fuerza de fricción F

e

La máxima fuerza de rozamiento corresponde al instante en el que el bloque está a punto de deslizar, esto es: Femáx= μeN

Figura 2. Fuerza de fricción máxima

La constante de proporcionalidad μe se denomina coeficiente de rozamientoEstático. Fuerza de rozamiento cinético En la figura 3, se muestra un bloque arrastrado por una fuerza F horizontal. Sobre

el bloque actúan el peso mg, la fuerza normal N que es igual al peso, y la fuerza de rozamiento Fk entre el bloque y el plano sobre el cual desliza. Si el bloque desliza con velocidad constante la fuerza aplicada F será igual a la fuerza de rozamiento Fk.

Figura 3. Fuerza de rozamiento cinético Fk

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Definición de Desgaste y los tipos de desgastes.

El 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. En general, los sistemas de ingeniería implican el movimiento relativo entre componentes fabricados a partir de metales y no metales, y se han identificado seis tipos principales de desgaste, como sigue: • Desgaste por adherencia. • Desgaste por abrasión. • Desgaste por ludimiento. • Desgaste por fatiga. • Desgaste por erosión. • Desgaste corrosivo a) Desgaste adhesivo.Esta forma de desgaste ocurre cuando dos superficies se deslizan una contra otra bajo presión. Los puntos de contacto (ver figura 7), proyecciones microscópicas o la aspereza de la unión en la interface donde ocurre el deslizamiento debido a los altos esfuerzos localizados, llevan a que las fuerzas de deslizamiento fracturen la unión, desgarrando al material de una superficie y transfiriéndolo a otra, lo que puede ocasionar posteriormente mayor daño.

Figura 7. Desgaste adhesivo entre dos piezas en movimiento

b) Desgaste por abrasión. Es la remoción de material de la superficie en contacto por superficies duras en superficies de coincidencia, o con superficies duras que presentan un movimiento relativo en la superficie desgastada. Cuando es el caso de partículas duras, ellas pueden encontrarse entre las dos superficies que se deslizan entre sí como se muestra en la figura 8 o se podrían incrustar en cualquiera de las superficies. Es conveniente aclarar que este tipo de desgaste se puede presentar en estado seco o bajo la presencia de un fluido.

Figura 8. Desgaste abrasivo debido a la presencia de partículas duras

c) Desgaste por ludimiento. Esta forma de desgaste aparece como resultado del movimiento oscilatorio de dos superficies en contacto, como sucede en máquinas donde existe vibración entre las partes. d) Desgaste por fatiga superficial. Es probable que el modo predominante de la mayoría de 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 vaivén. Clasificar un tipo particular de falla como desgaste por fatiga puede ser confuso. Sin embargo, a fin de hacer un clasificación, el término desgaste por fatiga se reserva para identificar la falla de contactos lubricados en casos como los rodamientos de bolas o rodillo, engranes, levas y mecanismos impulsores de

fricción. La pérdida de material es por desprendimiento de superficiales y por picaduras, como en los engranes. Se piensa que las grietas por fatiga aparecen debajo de la superficie en un punto en que el esfuerzo cortante es máximo, figura 9.

Figura 9. Desgaste por fatiga superficial

Obviamente, puede lograrse un mejoría en la vida de estos elementos, si trabaja a un carga de contacto baja y el método más preferido en la industria es producir componentes con la profundidad óptima de capa endurecida junto con un buen acabado superficial. El propósito de esta capa externa dura tal como se obtiene por carburación, nitruración o sulfurización es proporcionar una superficie con un alto límite de resistencia en una región vulnerable a la iniciación de grietas. e) Desgaste erosivo. Este tipo de desgaste ocasiona pérdidas de material en la superficie por el contacto con un líquido que contiene en suspensión cierta cantidad de partículas abrasivas como se muestra en la figura 10, siendo esencial el movimiento relativo entre el fluido y la superficie, ya que la fuerza de las partículas, que de hecho son responsables del daño, se aplica cinématicamente. En el desgaste erosivo es donde el movimiento relativo de las partículas sólidas es casi paralelo con las superficies erosionadas se denomina erosión abrasiva, por otro lado, la erosión en la que el movimiento relativo de las partículas es casi normal (perpendicular) a la superficie erosionada se conoce como erosión bajo impacto.

Figura 10. Desgaste erosivo debido a la acción de un fluido con partículas abrasivas en suspensión

f) Desgaste corrosivo. En esta forma de desgaste las reacciones químicas o electroquímicas con el medio ambiente contribuyen significativamente en la velocidad del desgaste. En algunas ocasiones, las reacciones químicas ocurren primero y son seguidas por una remoción de los productos de la corrosión mediante una acción mecánica (abrasión), de otra manera, la acción mecánica podría preceder a la acción química dando como resultado la creación de pequeñas partículas de desperdicio. 

Definición de Lubricación y las formas de Lubricación. Hidrodinámica, Hidrostática, Elastohidrodinámica, Capa Limite, Película Solida.

La lubricación adquirió gran importancia a finales del siglo XIX puesto que reducía las pérdidas de rozamiento en máquinas, introduciéndose un nuevo concepto en tribología, “la lubricación hidrodinámica”.

Lubricación es interponer entre dos superficies, generalmente metálicasexpuestas a fricción, una película fluida que las separe a pesar de la presiónque se ejerza para juntarlas. La lubricación elimina el contacto directo de lassuperficies metálicas, impide su desgaste y reduce al mínimo el rozamientoque produce pérdida de potencia. El propósito de la lubricación es la separación de dos superficies con deslizamiento relativo entre sí de tal manera que no se produzca daño en ellas: se intenta con ello que el proceso de deslizamiento sea con el rozamiento más pequeño posible. Para conseguir esto se intenta, siempre que sea posible, que haya una película de lubricante de espesor suficiente entre las dos superficies en contacto para evitar el desgaste como se muestra en la figura 11.

Figura 11. Película de lubricante entre dos cuerpos en contacto

El lubricante en la mayoría de los casos es aceite mineral. En algunos casos se utiliza agua, aire o lubricantes sintéticos cuando hay condiciones especiales de temperatura, velocidad, etc.

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Lubricación hidrodinámica:Las superficies están separadas por una película de lubricante que proporciona estabilidad. No se basa en introducir lubricante a presión (puede hacerse), exige un caudal de aceite, la presión se genera por movimiento relativo. Se habla también de lubricación de película gruesa, fluida, completa o perfecta.Esto sucede cuando las superficiesestán completamente cubiertas con una película de lubricante. Esta condición existe una vez que una película de lubricante se mantiene entre los componentes y la presión del lubricante crea una "ola" de lubricante delante de la película que impide el contacto entre superficies. Bajo condiciones hidrodinámicas, no hay contacto físico entre los componentes y no hay desgaste. Si los motores pudieran funcionar bajo condiciones hidrodinámicas todo el tiempo, no habría necesidad de utilizar ingredientes anti-desgaste y de alta presión en las fórmulas de lubricantes. Y el desgaste sería mínimo!

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Lubricación hidrostática: Se obtiene introduciendo a presión el lubricante en la zona de carga para crear una película de lubricante. − no es necesario el movimiento relativo entre las superficies. − se emplea en cojinetes lentos con grandes cargas. − puede emplearse aire o agua como lubricante.

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Lubricación Elasto-hidrodinámica

A medida que la presión o la carga se incrementan, la viscosidad del aceite también aumenta. Cuando el lubricante converge hacia la zona de contacto, las dos superficies se deforman elásticamente debido a la presión del lubricante. En la zona de contacto, la presión hidrodinámica desarrollada en el lubricante causa un incremento adicional en la viscosidad que es suficiente para separar las superficies en el borde de ataque del área de contacto. Debido a esta alta viscosidad y al corto tiempo requerido para que el lubricante atraviese la zona de contacto, hacen que el aceite no pueda escapar, y las superficies permanecerán separadas. La carga tiene un pequeño efecto en el espesor de la capa, debido a que a estas presiones, la capa de aceite es más rígida que las superficies metálicas. Por lo tanto, el efecto principal de un incremento en la carga es deformar las superficies metálicas e incrementar el área de contacto, antes que disminuir el espesor de la capa de lubricante. 

Lubricante Limite: La película de lubricante es tan fina que existe un contacto parcial metal-metal.

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Lubricante Solido: Un lubricante solido es una película delgada constituida por sólido o una combinación de sólidos introducida entre dos superficies en rozamiento con el fin de modificar la fricción y el desgaste y pueden ser:

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Lubricantes solidos no ligados. Lubricantes solidos ligados.

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Aceites Animales, Vegetales y de pescado: Los aceites grasos se obtienen a partir de la extracción de los aceites de muchas fuentes vegetales y de la grasa de los animales domésticos y también del pescado. Su característica común se basa en su estructura química glicérica.

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Viscosidad: La definición más simple de viscosidad es la resistencia a fluir. El índice de viscosidad de un lubricante describe el efecto de la temperatura en su viscosidad.

Conclusión

Fue de vital importancia aprender sobre esta ciencia llamada tribología, ya que su finalidad es estudiar la fricción, el desgaste y la lubricación que tienen lugar durante el contacto entre dos o más superficies solidas en movimientos. Dicha ciencia está presente en todos los aspectos de la maquinaria, algunos de los componentes más comunes en donde se puede encontrar son: Anillos de los pistones, frenos, levas, rodamientos, etc. De esta manera es necesario establecer en su estudio lo que es la física, química, matemática y de la tecnología de materiales en tribología implantando nuevos diseños que optimicen los procesos de lubricación que evite el desgaste de la maquinaria. La finalidad del estudio de la tribología es que de esta manera se puede aumentar lo que es la vida útil de un equipo o maquinaria, ahorro de materia prima, ahorro de recursos naturales, ahorro de energía y lo más importante protección al medio ambiente.

BIBLIOGRAFÍA  ELEMENTOS DE MAQUINAS, Lubricación de maquinarias, SENA. 1985.  TRIBOLOGIA Y LUBRICACIÓN INDUSTRIAL Y AUTOMOTRIZ. Albarracín Pedro. Tomo 1, segunda edición.  MECANICA DE FLUIDOS. Mott. Ed. Prentice Hall.  FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. Groover, J: P. Ed. Prentice Hall.

 Introducción a la lubricación CAMPUS TECNOLÓGICO, UNIVERSIDAD DE NAVARRA  www. aceites Melluso.htm  www.expedicionesdeleste.com.ar/Principal/articulos/grasas/grasas%20Mell uso.htm  http://www.lubricar.net/teoria.htm