Sociedad de Sociedad de TribologistasTribologistas e e Ingenieros en Lubricación Ingenieros en Lubricación

MéxicoMéxico

1.1 Objetivos de módulo1.1 Objetivos de módulo

Entender el concepto de Tribología.Entender el concepto de Tribología.Revisar el concepto de fricción.Revisar el concepto de fricción.Revisar el concepto de desgaste y Revisar el concepto de desgaste y sus diferentes formassus diferentes formasEntender el concepto de lubricación. Entender el concepto de lubricación. y su importancia.y su importancia.Entender los objetivos de la Entender los objetivos de la lubricación.lubricación.

1.2 Definición de tribología1.2 Definición de tribología

TribologíaFricción

Desgaste

Lubricación

La palabra Tribología tiene su origen del griego La palabra Tribología tiene su origen del griego ““tribos”tribos” que significa fricción, y se define como que significa fricción, y se define como la ciencia y práctica de los fenómenos de fricción, la ciencia y práctica de los fenómenos de fricción, desgaste y lubricacióndesgaste y lubricación

Preguntas que intenta responder la tribología Preguntas que intenta responder la tribología …………..…………..

¿Qué es la fricción?¿Qué es la fricción?

¿Que la ocasiona?¿Que la ocasiona?

¿Por que se desgasta una máquina?¿Por que se desgasta una máquina?

¿Qué es el desgaste?¿Qué es el desgaste?

¿Cómo se controla?¿Cómo se controla?

¿Qué es la lubricación?¿Qué es la lubricación?

¿Qué es un lubricante?¿Qué es un lubricante?

¿Cual es el costo de la fricción no ¿Cual es el costo de la fricción no controlada?controlada?

¿Como evaluar el costo de la ¿Como evaluar el costo de la lubricación en una planta?lubricación en una planta?

…………..…………..

La lubricación alrededor del año 2,000 AC

La lubricación, conocimiento La lubricación, conocimiento milenariomilenario

PROBLEMA DE TRIBOLOGIA PROBLEMA DE TRIBOLOGIA Y LUBRICACIÓNY LUBRICACIÓN

TRIBOLOGO

AproximadamenteAproximadamente unauna terceratercera parteparte de la de la energíaenergíaproducidaproducida porpor unauna máquinamáquina, se , se pierdepierde porpor fenómenosfenómenosde de fricciónfricción y y desgastedesgaste no no controladoscontrolados..La La fricciónfricción y el y el desgastedesgaste, , afectanafectan la la vidavida útilútil de de laslasmáquinasmáquinas, , susu confiabilidadconfiabilidad, la , la seguridadseguridad personal y al personal y al mediomedio ambienteambiente..En el En el añoaño 2000 se 2000 se estimaronestimaron en en loslos EstadosEstados UnidosUnidospérdidaspérdidas porpor fricciónfricción y y desgastedesgaste porpor::

$ 200,000,000,000.00 USD$ 200,000,000,000.00 USDSe Se estimaestima queque costocosto del del mantenimientomantenimiento ReactivoReactivotrestres vecesveces másmás costosocostoso queque el el mantenimientomantenimientoPlaneadoPlaneado..

Tribología, Energía y Desgaste.Tribología, Energía y Desgaste.

FricciónFricciónLa La fricciónfricción se define se define comocomo la la fuerzafuerza opuestaopuesta al al movimientomovimiento entreentre dos superficies dos superficies materialesmateriales en en contactocontacto. .

F = Force

p = LoadPESOPESO

FUERZAFUERZA FUERZA DE FRICCION FUERZA DE FRICCION

Fuerza necesaria para Fuerza necesaria para romper las uniones romper las uniones

molecularesmoleculares

Coeficiente Coeficiente de fricciónde fricción ==

Fuerza de fricciónFuerza de fricción

Fuerza opuesta al Fuerza opuesta al movimiento ( peso)movimiento ( peso)

No existen superficies lisas en la No existen superficies lisas en la naturaleza.........¡naturaleza.........¡

Superficies nuevas pulidas o lapeadas

Bajo el microscopio, las superficies pulidas o lapeadas, son en realidad pequeños valles y crestas

Cuando las crestas bajo alta presión se tocan, se generan Cuando las crestas bajo alta presión se tocan, se generan fricción, calor y desgaste.fricción, calor y desgaste.

Coeficiente de FricciónCoeficiente de Fricción

Coeficiente Coeficiente de fricciónde fricción ==

Fuerza de fricciónFuerza de fricción

Fuerza opuesta al Fuerza opuesta al movimiento ( peso)movimiento ( peso)

RugosidadRugosidadsuperficialsuperficial

““AsperesasAsperesas””

Se Se tocantocan menosmenos deldel

<1%<1%

Superficie aparente

Superficie real

SuperficieSuperficie aparenteaparente y y superficiesuperficie realreal

TiposTipos de de fricciónfricciónPodemosPodemos hablarhablar de dos de dos tipostipos básicosbásicos de de fricciónfricción::

EstáticaEstática..-- FricciónFricción queque se se presentapresenta en el en el arranquearranque del del movimientomovimiento..DinámicaDinámica..-- FricciónFricción necesarianecesaria parapara mantenermantener el el movimientomovimiento

1

1. Fricción Estática

2

2. Fricción de Deslizamiento

33. Fricción de rodadura

5 4. Fricción por pivotamiento

4

4. Fricción de rodadura/deslizamiento

Coeficientes de fricciónCoeficientes de fricción

Acero duro sobre acero duro

Acero duro sobre grafito

Acero duro sobre Babbit (ASTM1)

Aluminio sobre acero dúctil

Carburo de Tungsteno sobre acero

Teflón sobre acero dúctil

Cobre sobre hierro coladoCobre sobre vidrio

Vidrio sobre vidrio

0.78 0.11

0.21

0.70 0.33

0.61 0.47

0.50

0.04

1.05 0.29

0.68 0.53

0.94 0.40

SecoSecoEstático Deslizamiento

0.42 0.029

0.09

0.30 0.16

0.08

0.04

0.01 0.09

FluidoFluidoEstático Deslizamiento

DesgasteDesgaste

El El desgastedesgaste eses la la pérdidapérdida de material de de material de unauna o o ambasambascarascaras de de laslas superficies en superficies en contactocontacto..El El desgastedesgaste puedepuede llegarllegar a ser a ser críticocrítico haciendohaciendo queque laslasmáquinasmáquinas pierdanpierdan sussus toleranciastolerancias y y quedenqueden inserviblesinservibles..Un Un promediopromedio del 75% de del 75% de laslas fallasfallas en en unauna máquinamáquina, , son son debidosdebidos al al desgastedesgaste de de laslas superficies en superficies en fricciónfricción..Para Para controlarcontrolar el el desgastedesgaste, , eses necesarionecesario analizaranalizar laslascaracteristicascaracteristicas fisicofisico--mecánicasmecánicas de de loslos materialesmateriales, , laslascondicionescondiciones de de operaciónoperación: : velocidadvelocidad, , cargacarga, , condicionescondiciones de de laslas superficies de superficies de fricciónfricción, la , la lubricaciónlubricacióny el y el mediomedio ambienteambiente. .

AdhesivoAdhesivoMedioMedioSeveroSevero

AbrasivoAbrasivoCorrosivoCorrosivoFatigaFatiga

Tipos de desgasteTipos de desgaste

Se debe al contacto Se debe al contacto superficial de metal superficial de metal ––metal, provocado por alta metal, provocado por alta presión superficial, el presión superficial, el desgaste se presenta desgaste se presenta siguiendo tres pasos: siguiendo tres pasos:

Toque de asperezasToque de asperezasAdhesiónAdhesiónTransferencia de material.Transferencia de material.

Se presenta generalmente Se presenta generalmente en los arranques y paros de en los arranques y paros de los equipos.los equipos.

Carga

Partículas de desgaste

Desgaste AdhesivoDesgaste Adhesivo

Desgaste Adhesivo Desgaste Adhesivo ejemplosejemplos

Es provocado por Es provocado por partículas extrañas de partículas extrañas de igual o mayor tamaño y igual o mayor tamaño y mayor dureza, entre el mayor dureza, entre el juego dinámico de las juego dinámico de las superficies en contacto. superficies en contacto. Este desgaste se Este desgaste se presenta siguiendo los presenta siguiendo los siguientes mecanismos:siguientes mecanismos:

Flujo plásticoFlujo plásticoCorte de materialCorte de materialRayadoRayado

Carga

Flujo

Claro dinámico

Partícula demasiado grande para entrar en el

claro

Partículas interactuando con

la superficie causando desgaste

abrasivo

Desgaste AbrasivoDesgaste Abrasivo

Este desgaste es común en equipos donde existe alta contaminaciEste desgaste es común en equipos donde existe alta contaminación ón con polvo ó con sistemas de filtración inadecuadoscon polvo ó con sistemas de filtración inadecuados

Huella en microscopio de muñón Huella en microscopio de muñón dañado por desgaste abrasivodañado por desgaste abrasivo

Desgaste Desgaste AbrasivoAbrasivo

EjemplosEjemplos

Desgaste CorrosivoDesgaste Corrosivo

Fe + H2 SO4 (sol.) === FeSO4 + H2

Filme corrosivo

Capa acumulada de producto corrosivo

El desgaste corrosivo surge por procesos de ataque El desgaste corrosivo surge por procesos de ataque qumicoqumico en las en las caras de los sólidos en contacto. Estos contaminantes atacan lascaras de los sólidos en contacto. Estos contaminantes atacan lassuperficies metálicas causando desprendimiento de material y superficies metálicas causando desprendimiento de material y pequeñas grietas que disminuyen la resistencia a la carga, y acepequeñas grietas que disminuyen la resistencia a la carga, y aceleran leran la fatiga normal de la pieza.la fatiga normal de la pieza.

Desgaste CorrosivoDesgaste CorrosivoEjemplosEjemplos

Manchas de corrosión debidas Manchas de corrosión debidas a la humedad.a la humedad.

Presencia de herrumbre por Presencia de herrumbre por exposición al agua.exposición al agua.

Fatiga Fatiga La fatiga de un material es un fenómeno natural.

Es consecuencia de varios elementos en conjunto.

•La falla por fatiga ocurre sin previo aviso, y se puede estimar el lapso en que esta ocurrirá.

•Un falla por fatiga puede ser acelerada también por:

•Un esfuerzo de tensión demasiado grande.

•Una variación de gran amplitud.

•Un número de ciclos de carga sumamente elevados.

Fatiga superficialFatiga superficialSuperficie con daños Superficie con daños provocados por fatiga normalprovocados por fatiga normal

Superficie con daños provocados Superficie con daños provocados por sobrecarga con aparición de por sobrecarga con aparición de grietas por debajo de la superficiegrietas por debajo de la superficie

Otros tipos de desgasteOtros tipos de desgasteErosivo.Erosivo.-- Es causado por un fluido a alta presión con Es causado por un fluido a alta presión con partículas sólidas en suspensión, las que al impactar la partículas sólidas en suspensión, las que al impactar la superficie, arrancan el material de ellas, debido al superficie, arrancan el material de ellas, debido al momentum de las partículas.momentum de las partículas.

CavitaciónCavitación.- Se debe al Se debe al estallamientoestallamiento de las burbujas de de las burbujas de vapor de un fluido contra una superficie, provocando vapor de un fluido contra una superficie, provocando presiones puntuales muy altas que causan picaduras presiones puntuales muy altas que causan picaduras superficiales.superficiales.

Descarga EléctricaDescarga Eléctrica.- Es consecuencia del paso de Es consecuencia del paso de corriente eléctrica a través de los elementos de una máquina, corriente eléctrica a través de los elementos de una máquina, cuando existen tomas de tierra defectuosas, o por corrientes cuando existen tomas de tierra defectuosas, o por corrientes parásitas no deseadas en equipos rotatorios.parásitas no deseadas en equipos rotatorios.

12. Sistema 12. Sistema TribológicoTribológico3. Conjunto de cargas

Modificaciones superficiales

(formas de desgaste)

Pérdida de material(magnitud del

desgaste)Indices de desgaste

6. Medio ambiente6. Medio ambienteTemperatura, agua, polvo, Temperatura, agua, polvo, etcetc

1. Sólido principal1. Sólido principal

2. Sólido opuesto2. Sólido opuesto5. Sustancia intermedia 5. Sustancia intermedia ( lubricante)( lubricante)

4. Velocidad

Que hacer, para Que hacer, para controlar la fricción controlar la fricción y el desgaste ?y el desgaste ?

LubricaciónLubricación

Teoría de la lubricaciónTeoría de la lubricaciónÉl lubricante se adhiere en las superficies, al moverse éstas seÉl lubricante se adhiere en las superficies, al moverse éstas secrea una película en forma de cuña, creando una presión con crea una película en forma de cuña, creando una presión con suficiente intensidad para separar las superficies y soportar lasuficiente intensidad para separar las superficies y soportar las s cargas sobre las mismas.cargas sobre las mismas.

Velocidad

Presión PresiónPresión

Presión Presión hidrodinámicahidrodinámica

Lubricante

La teoría de la lubricación hidrodinámica esta basada en los experimentos y estudios de Beauchamt Tower en Inglaterra en (1880) y por Osborne Reynolds(1886) al aplicar los principios en la mecánica de fluidos, establecen la teoría de la lubricación hidrodinámica.

Hidrodinámica Elastohidrodinámica

Capa límite

Mixta

lubricante

λ espesor del lubricantesumatoria de rugosidades=

λ < 1

λ <1 < 10

λ < 5

λ <5 < 100

Tipos de lubricación.Tipos de lubricación.

Lubricación HidrodinámicaLubricación Hidrodinámica

cfcfCoeficienteCoeficientede fricciónde fricción

LímiteLímite

ηη ∗ ∗ vv

EstáticaEstática

HidrodinámicaHidrodinámica

MixtaMixta

PP

33. Curva de 33. Curva de StribeckStribeckTipos de lubricación en función del coeficiente de fricciónTipos de lubricación en función del coeficiente de fricción

42. Objetivos de la lubricación42. Objetivos de la lubricación

Disminuir la fricciónDisminuir la fricciónReducir el desgasteReducir el desgasteEvacuar el calor generadoEvacuar el calor generadoSellarSellarEvacuar impurezas de tipo orgánico ó Evacuar impurezas de tipo orgánico ó

metálico.metálico.Prevenir la corrosiónPrevenir la corrosiónTransmitir potenciaTransmitir potencia

Todo lo anterior se concreta en un solo concepto: “Todo lo anterior se concreta en un solo concepto: “Incrementar el Incrementar el tiempo de vida útil de la máquina y elementos mecánicos”tiempo de vida útil de la máquina y elementos mecánicos”

43. Resumen43. ResumenTribología: ciencia del estudio de la fricción, desgastTribología: ciencia del estudio de la fricción, desgaste y e y lubricación.lubricación.Fricción: fuerza que se opone al movimientoFricción: fuerza que se opone al movimientoDesgaste: pérdida de material debida al fricción.Desgaste: pérdida de material debida al fricción.Existen diferentes tipos de fricción, que generan diversos Existen diferentes tipos de fricción, que generan diversos tipos de desgaste.tipos de desgaste.Cada tipo de fricción y desgaste requiere de un control Cada tipo de fricción y desgaste requiere de un control específico.específico.Lubricación: medio para reducir la fricción y el desgaste.Lubricación: medio para reducir la fricción y el desgaste.Existen diversos tipos de lubricación: hidrodinámica, EHD, Existen diversos tipos de lubricación: hidrodinámica, EHD, Capa límite, Mixta e Hidrostática.Capa límite, Mixta e Hidrostática.Cada tipo de lubricación requiere de un lubricante con Cada tipo de lubricación requiere de un lubricante con propiedades particularespropiedades particulares..