Tribología

Tribología: estudio de la lubricación, fricción y desgaste de las partes móviles. Todo mecanismo depende de consideraciones tribológicas. La lubricación mejora el rendimiento de la máquina, facilita la evacuación del calor y evita la oxidación. Las superficies pueden ser concordantes o discordantes. Las cargas que soportan los elementos lubricados pueden ser normales si no superan los 5Mpa (50Kg/cm²) o elevadas, 500Mpa – 4000Mpa (5000Kg/cm² – 40000 Kg/cm²).

Tipos de lubricantes

• Líquidos: son los aceites, pueden ser:
  • Vegetales y animales: no se usan en mecánica debido a que se oxidan, pueden generar jabones.
  • Minerales: se obtienen del refinado de petróleos y carbón.
  • Sintéticos: creados por reacción química de hidrocarburos. Se obtienen de subproductos petrolíferos y su elaboración es más compleja y costosa. Poseen mejores propiedades lubricantes y pueden combinarse con otros materiales a los que se les añaden aditivos para mejorar sus propiedades.
• Sólidos: se encuentran en medios sometidos a temperaturas extremas como el PTFE, grafito, y se pueden aplicar mediante pulverización.
• Pastosos (grasas): se componen en un 80% de aceite mineral o sintético y un espesante, también se le añaden aditivos.

Propiedades de las grasas

• Punto de gota: temperatura a la que empieza a convertirse en aceite, esto genera la lubricación.
• Consistentes: una grasa fluida permite bombeo centralizado. En ocasiones se emplea para realizar el sellado y evitar la penetración de contaminantes, esta característica se mide mediante un ensayo de cono que intenta profundizar en la grasa. Además, la temperatura de trabajo es primordial a la hora de elegir.

Características de los lubricantes

• Viscosidad: es la característica más importante. Es la resistencia del líquido a fluir. Varía con la temperatura y la presión.
  • Tipos:
    • Dinámica o absoluta: tiempo que un liquido tarda en fluir a través de un tubo a una temperatura. Su unidad es el centiPoise (cP=10^-3 Pa.s).
    • Cinemática o relativa: es la característica del líquido desechando las fuerzas que genera. Su unidad es el centiStoke (cSt=mm²/s).
  • Escalas de medición:
    • SAE: es una medida para lubricantes de automoción. Los valores de viscosidad se dan a 99º y la “w” significa que tendrá buen comportamiento en frío. Existen también los multigrados.
    • ISO: para aceites industriales, la clasificación abarca de 2cSt a 1500 a 4ºC. El intervalo en cada grupo varía +-10%.
• Untuosidad: capacidad de un lubricante a adherirse a una superficie generando una capa y permaneciendo en ella.

Composición de los lubricantes

Los lubricantes están compuestos de un aceite con aditivos, estos mejoran características como:

• Índice de viscosidad: variación que sufre el aceite dependiendo de la temperatura.
• Antioxidante y anticorrosión: los contaminantes que puedan penetrar se neutralizan oxidando el aceite, más bien el aditivo que lleva.
• Detergente y dispersantes: se logra neutralizar ácido mediante estos aditivos. Es una reserva alcalina denominada TBN que disminuye con su uso.
• Antidesgaste: minimiza el rozamiento.
• Antiespumante: evitan la presencia de burbujas, haciendo que la presión del aceite siga estable.
• Extrema presión: se logra que exista lubricante en grandes cargas.

Clasificación de los lubricantes

• AGMA: asociación americana de fabricantes de engranajes. Se elige el aceite teniendo en cuenta el tipo de engranaje, toman una temperatura de 37.8ºC.
• Calidad de los lubricantes: API: institución americana del petróleo. Representa a los elaboradores de productos de petróleo y determina el aceite adecuado para determinadas exigencias. Cuando son engranajes, se designan con GL de 1 a 6 que marca la exigencia de lubricación de menor a mayor.

Regímenes de lubricación

• Lubricación límite: cuando la capa de lubricante se establece poseen movimiento relativo pequeño, aparece el contacto metal con metal. Se produce cuando el movimiento es pequeño con cargas grandes. Es habitual en el arranque de las máquinas cuando está tiempo parada y el lubricante se concentra en el depósito.
• Lubricación hidrodinámica: se produce cuando las superficies están totalmente separadas. Esto es debido a la cantidad de aceite bombeado que asegura una capa capaz de soportar las cargas solicitadas.
• Lubricación mixta: junta la lubricación límite y la hidrodinámica.
• Lubricación elastohidrodinámica: se genera en cuerpos de rotación como rodamientos. La presión que se establece aumenta debido a la poca superficie de contacto.

Sistemas de lubricación

• Manual: se emplean engrasadoras manuales.
• Automática: cuando la lubricación debe realizarse de forma continua y precisa. Presenta un elevado coste. Existen varios sistemas:
  • No centralizado: aportan lubricación en un punto. Se constituyen por un cartucho lleno de lubricación que le aporta según las necesidades.
  • Centralizado: proporcionan mejores condiciones de lubricación:
    • Por base de aceite: se emplean en las cajas de velocidades. Una de las ruedas está sumergida y salpica al resto de engranajes.
    • Mediante bomba: se envía aceite por conductos que llegan a las zonas requeridas.
    • Por borboteo: la biela se introduce en un depósito que mantiene su nivel constante.
    • Por pulverización: se emplean actuadores que atomizan el aceite y lo dejan en suspensión en el aire. Un ejemplo sería el 3 en 1.
    • Por anillo: el cojinete en la parte superior tiene una ranura por la que entra el aceite. En la parte inferior tiene un depósito por el cual sube el aceite por el anillo.

Elección del aceite adecuado

Esto depende de la velocidad, la carga y temperatura. Para la elección:

• Necesitamos conocer características de la caja de engranajes.
  • Potencia en HP: 1HP=1.01CV=754W; 1CV=0.986HP=735W.
  • Salida en R.P.M.
  • Relación de R.P.M.
  • Tipos de engranajes y mecanismo.
• Periodicidad de lubricación: depende de la temperatura, velocidad de funcionamiento, vibraciones, cargas de trabajo… La temperatura, si se trabaja a más de 70ºC debe reducirse la relubricación a la mitad.

Almacenamiento y manejo

Se guardará en un local para ello fuera de la zona de trabajo. Los recipientes no estarán galvanizados ya que algún componente puede reaccionar con el zinc y formar jabones.

Seguridad e higiene

El mayor riesgo son las taladrinas, que pueden provocar dermatitis por lo que siempre se utilizarán guantes y se lavarán las manos con jabón y agua caliente. La ingesta de combustible es irritante, no debería provocarse el vómito ya que se inundarían los pulmones de fluido corporal, lo que produciría el ahogamiento.

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