Mecanismos de lubricación.

• María Luisa Jaimes

• Eduardo Gonzales Esparza

• Martin Castañeda Lozano

• Viridiana García López.

• Deyra Estrada García

Tribología es la ciencia y tecnología de los sistemas en movimiento y en contacto mutuo. Comprende la fricción, lubricación, desgaste y otros aspectos relacionados con la ingeniería

El propósito de la lubricación es el de interponer una película de un material fácilmente cizallable entre órganos con movimiento relativo. La sustancia fácilmente cizallable es lo que se conoce como lubricante.

Mecanismos de lubricación:

Existe una gran variedad de sistemas de lubricación a continuación se

describen algunos de los principales.

Sistemas de lubricación de perdida total: en estos sistemas, los puntos de lubricación reciben siempre un suministro de lubricante nuevo con unos intervalos específicos durante el ciclo de lubricación.

Sistema de lubricación por inmersión: el aceite esta contenido en el interior de un deposito donde se sumergen parte delas piezas móviles que se han de lubricar.

Sistema de lubricación de carter seco: este sistema se emplea principalmente en motores de competición y aviación, son motores que cambian frecuentemente de posición y por este motivo el aceite no se encuentra siempre en un mismo sitio.

Sistema de lubricación por chorro: la lubricación por chorro se usa a menudo en aplicaciones de rodamiento de ultra alta velocidad, tales como los motores a reacción.

Sistema de lubricación por gravedad: se usa cuando se necesita suministrar gran cantidad de aceite con el fin de lubricar y refrigerar.

Sistema de lubricación centralizado: son una herramienta utilizada comúnmente para dosificar una cantidad precisa de lubricante en un punto especifico, mediante el uso de temporizadores programables, bombas e inyectores de lubricante.

Lubricación por goteo:

El aceite se inyecta en el rodamiento a través de una tolvera. En el conjunto de rodamiento se forma una sobrepresión que protege contra la entrada de contaminantes

Lubricación por salpicadura:

El sistema de lubricación por salpicadura se usa para mecanismos que tengan manivelas u otras partes en movimiento encerradas en carácter hermético que sirve desde recipientes para el aceite.

Ventajas:

1. Permite trabajar un largo tiempo entre intervalos de mantenimiento, siempre y cuando los sistemas auxiliares de aceites lubricantes y aceites de sellos estén correctos.

2. Se pueden obtener grandes volúmenes en un lugar de tamaño pequeño.

3. Su característica es un flujo suave y libre de pulsaciones.

Desventajas:

1. Los cambios imprevistos en el peso molecular pueden hacer que las presiones de descarga sean muy altas o muy bajas esta característica no la comparte con el compresor de tipo alternativo.

2.  Con la tendencia a reducir el tamaño y a aumentar el flujo, hay que tener mucho más cuidado al balancear los motores y con los materiales empleados en componentes sometidos a grandes esfuerzos.

3. Un aumento pequeño en la caída de presión en el sistema de proceso puede ocasionar reducciones muy grandes en el volumen del compresor.

4.   Se requiere un complicado sistema para aceite lubricante para sellos.

Precauciones:

• se requiere un nivel de aceite cuidadosamente mantenido.

• Un cambio periódico de aceite nos proporciona buena lubricación con un aceite limpio.

• El aceite de cambiarse con más frecuencia en lugares polvorientos o sucios que en lugares limpios.

Lubricación hidrodinámica:

La lubricación es el procedimiento que reduce la fricción entre dos superficies móviles. El lubricante es cualquier material utilizado para ese mismo propósito.

Al disminuir la fricción, se reduce el desgaste producido en las superficies y se utiliza menos energía para deslizarlas una sobre de otra. Si la película de lubricante es demasiado delgada, las superficies entran en un contacto casi directo, aumentando la fricción y el desgaste entre ambas debido al calor generado.

Las mejores condiciones de lubricación se presentan al haber una separación total de ambas superficies producida por una película de lubricante de suficiente grosor. Esta forma de lubricación se le conoce como Hidrodinámica o lubricación de película gruesa. En este caso, la fricción en producida entre las capas del lubricante, siendo este el que soporta toda la carga del mecanismo.

 Cuando un objeto o ambos están en movimiento relativo, la acción hidráulica del lubricante produce una cuña convergente, generando una presión tal que evita el contacto entre ambos objetos.Un factor importante en la lubricación es la viscosidad del lubricante, medida de su espesor o su resistencia al fluir. Si la viscosidad es demasiado baja, la capa de lubricante es demasiado delgada y producirá más fricción. En cambio, si es demasiado alta, el espesor del lubricante puede restringir el movimiento relativo entre ambas superficies. La lubricación hidrodinámica requiere de un flujo adecuado de lubricante para mantener las superficies separadas.

Elastohidrodinamica:

La lubricación elastohidrodinámica es quizá uno de los

casos mas representativos de la TRIBOLOGÍA y en el

cual se hallan involucrados todos los factores que

conforman esta ciencia, como: la fricción, el desgaste, la

lubricación, el diseño, los materiales, el funcionamiento

del equipo y las condiciones de operación.

La Lubricación Elastohidrodinámica ocurre en el tren de válvulas del motor, el diferencial, reductores, y rodamientos de ruedas donde hay altas presiones. Ocasionalmente los anillos trabajan con lubricación elastohidrodinámica. Es la protección que tenemos cuando suben las presiones entre piezas y una de las razones que podemos cambiar nuestros conceptos de viscosidad, aceptando aceites de menor viscosidad y todavía tener protección.

No obstante, el problema de lubricación elastohidrodinámica representó por muchos años un reto en ingeniería antes del desarrollo de las computadoras. El cálculo del espesor de película y presiones de contacto bajo esta situación, y con el mínimo número de consideraciones, involucra la solución de un sistema de tres ecuaciones que formulan el problema y dos ecuaciones más que toman en cuenta el cambio de viscosidad y densidad del lubricante con la presión. Las ecuaciones que formulan el problema son: la ecuación diferencial hidrodinámica de Reynolds, la ecuación integral de elasticidad y la ecuación integral de equilibrio de carga.

Es cuando las superficies en contacto se deforman en forma elástica o sea que vuelven a su posición inicial y la película de lubricación atrapada entre las superficies provee una lubricación hidrodinámica microscópica. Aquí el espesor de la película lubricación puede ser < 1 mm.

Existen dos formas denominadas:

- Lubricación elastohidrodinámica firme (llamada también dura). Sigla LEF.

- Lubricación elastohidrodinámica suave. Sigla LES.

La primera está relacionada con materiales con módulo de elasticidad alto como en el caso de los metales (aceros, bronces, etc.). En la LEF, la deformación elástica y los efectos de presión y viscosidad son igualmente importantes.

El espesor de capa fluida depende de diferentes factores tales como:- Viscosidad del lubricante- Módulos de elasticidad de las partes en contacto- Velocidad relativa entre las superficies- Carga que se debe soportar- Relación geométrica de radios de acuerdo de las superficies en contacto- Coeficiente que relaciona la viscosidad del lubricante y la presión que soporta.Generalmente la presión máxima que soportan las piezas se halla entre 0.5 y 4.0 Gpa, mientras que el espesor de película puede superar 0.1 m.

La LES está relacionada con superficies en contacto cuyos coeficientes de elasticidad son más bajos como por ejemplo el caucho, la goma, los plásticos, etc. En estos casos las deformaciones son muy grandes incluso con bajos estados de carga. Este tipo de lubricación en

particular debe ser considerado en los implantes plásticos para articulaciones del cuerpo humano, como también donde exista contacto entre superficies metálicas y de goma (caucho, plástico, etc.).  

Lubricantes para condiciones EHL:

• Compuestos o "Compounds". Para temperaturas de operación por debajo de 50°C.

• De extrema Presión. Para temperaturas de operación por encima de 50°C.

• Hidrocarburos Sintetizados (SHC-Chemimstry Of Synthesized Hidrocarbons). Para cualquier temperatura de trabajo con un mayor rango de seguridad.

A nivel industrial es muy común que se presenten las condiciones de lubricación EHL, como en el caso de rodillos en siderúrgicas, laminación, hornos cementeros y palas mecánicas, entre otros, que se encuentras sometidos a cargas muy elevadas, del orden de 900000 o mas newton, y a velocidades entre 15 y 20 rpm, dando lugar a valores muy bajos del parámetro de Hersey n.ns / P, permitiendo que se puedan presentar condiciones de película límite o mixta

El efecto de la Lubricación Elastohidrodinámica:

Reduce la pérdida de potencia por baja viscosidad al mismo tiempo que reduce la fricción por baja velocidad. Esto actualmente protege las piezas con mucho menos velocidad que la Lubricación Hidrodinámica, reduciendo la dependencia en la Lubricación Marginal y Lubricación Mixta para proteger el equipo.

El peligro del cizallamiento:

Es importante considerar la cantidad de polímeros utilizados para convertir un aceite monogrado (Índice de Viscosidad ± 100) a un aceite multigrado (Índice de Viscosidad ± 140 ). Un aceite sintético tradicional típicamente no utiliza polímeros, por tener un índice de viscosidad natural bastante alto. Un aceite API grupo I típicamente empieza con un índice de viscosidad < 90, necesitando un nivel alto de polímeros. Cuando el aceite entra en presiones medianas y altas, estos polímeros se alinean, aplastándose, o cizallando. Esto reduce su viscosidad efectiva. Esto se mide en la prueba ASTM D5481 de cizallamiento (HT/HS). Cuando se reduce la presión, el aceite vuelve a su viscosidad original. Un aceite con alto cizallamiento no provee la protección necesaria en estas regiones del motor, aunque provee la misma resistencia y consumo de energía en otras regiones. Entre más alta la calidad del aceite básico, menos polímeros son usados para mantener la viscosidad.

El efecto de la presión:

Los estudios de tribología determinaron que la viscosidad del aceite varía con la presión, tal como todos los otros elementos. Actualmente, si comparamos la viscosidad de un aceite a presión atmosférica con la viscosidad del mismo aceite bajo 500 MPa, encontramos que esta presión sube la viscosidad entre 10,000 y 100,000 veces. Esto es conocido como la ley de Barus, que dicta que “la viscosidad incrementa exponencialmente con el aumento de presión”. Esto continúa hasta formar un sólido. Cuando el lubricante típico llega entre 2 y 4 GPa, se convierte en un lubricante sólido más duro que el vidrio, que deforma el metal en lugar de fluir. Esto se llama lubricación elastohidrodinámica.

En este punto de presión, el grosor de la película del lubricante se mantiene aunque se aumenta presión, y se deforma la superficie lubricada.