Ingeniería de la Tribologia y la Friccion entre Superficies

Se os muestra la traducción y comentarios de un artículo aparecido en un número reciente de la revista maintworld sobre la lubricación y, mas concretamente, sobre la Tribologia (Tribology) como

Rama de Estudio ingenieril para la mejora de los Sistemas de Lubricación,

en la medida que sistemas de reducción de los niveles de friccion entre superficies en contacto de rodadura. Así, la eficiencia y operación de muchas máquinas depende del nivel de adherencia entre partes en movimiento. Se necesita, por tanto, de una óptima lubricación para mejorar durabilidad y eficiencia energética.

Tribologia

Rama de la ingeniería

que estudia las fuerzas e interacciones por ese contacto entre superficies.tribologia y friccion

Rodamientos

En el caso de rodamientos la tribologia regula la elección de los lubricantes (aceites y grasas) para cada aplicación, el diseño de los rodamientos y la elección de sus materiales y acabados superficiales; también se utiliza para calcular perdidas de friccion, incrementos de temperatura y la vida útil del lubricante y el rodamiento.

El diseño original de estos elementos se basaba en modelos y conocimientos empíricos en base a requerimientos de mecánica y fatiga. Actualmente, debido al elevado grado de requerimiento que se impone en la industria moderna, ya no se utilizará más esa base empírica. Muchos de esos nuevos requerimientos afectan a las superficies en contacto, por ejemplo, altas velocidades, temperaturas, densidades, lubricantes de menor espesor, rodamientos de mayor tamaño, ambientes más agresivos, más elevados niveles de vibración, ….

Los rodamientos, por tanto, se convierten en elementos clave para la

fiabilidad de los componentes mecánicos,

Siendo mayoritariamente la causa de la falla una pobre lubricación, presencia de contaminante, desgaste, …

Por tanto, la ciencia de la tribologia ha de determinar los materiales del rodamiento, su geometría y acabado superficial; también la especificación el lubricante y el tipo de sellado. Para ello, se utilizan modelos matemáticos y computacionales y detallados experimentos y tests de laboratorio. Así, compañías como SKF han mejorado su capacidad de conocimiento:

  • Desarrollo de el rodamiento E2 de alta eficiencia energética, con recubrimiento antidesgaste, sellos de bajo desgaste, textura, grasa y especificaciones de lubricación especiales ha sido el fruto de estos trabajos de investigación y desarrollo.

  • Desarrollo de BEAST, el catálogo on-line con los diferentes modelos donde aparecen los diferentes modelos de rodamientos, su curva de vida, el tipo de lubricación y su vida útil y del modelo de desgaste y stress que sufrirá la superficie de contacto.

Acuerdos en I + D

Por ello, muchos de los fabricantes de rodamientos, entre ellos SKF, han establecido acuerdos de cooperación a largo plazo con algunas de las mejores universidades en el campo de la tribologia; otras han creado sus propios departamentos de investigación y desarrollo. La ventaja de trabajar en cooperación con academias y universidades consiste en obtener las mejores prácticas de clase mundial por la interacción de los mejores científicos y estudiosos de la materia. Por otro lado, tener el departamento en la compañía ofrece la ventaja de poder integrar la cultura y objetivos de la empresa en el modo de hacer y visión futura de los científicos e investigadores.

Imperial College de Londres

Uno de los mejores centros de investigación y estudios es el Imperial College de Londres; su departamento de ingeniería mecánica aloja uno de los mejores centros tecnológicos de SKF:

SKF UTC

Se fundó en Enero de 2010 y sus investigaciones se centran en el estudio de sistemas de tribologia mediante el uso de plataformas avanzadas de modelizado y medida. El SKF UTC es una parte del Grupo de estudio de este college puesto que ya hace más de 60 años es reconocido como uno de los más significativos centros de estudio en tribologia; por ejemplo, ha desarrollado sistemas de lubricación para sistemas diesel, uso de técnicas de interferometria óptica y modelizado de contacto entre superficies.

El objetivo de este centro UTC es evidentemente el desarrollo y mejora de la ciencia indicada con el fin de mejorar la durabilidad y fiabilidad de superficies en contacto mediante el uso combinado de novedosas técnicas experimentales y avanzados modelos numéricos. Sus actuales proyectos incluyen el estudio de sistemas de lubricación elasto-hidrodinámicos, y el estudio de su mecánica de adherencia. Para ello se han desarrollado modelos computacionales de la dinámica del fluido lubricante, su operación con aditivos, con grasas de baja friccion, modelos de iniciación y propagación de fallas en la superficie, modelos de fallo en elementos de rodadura y el estudio de sistemas de lubricación a los sistemas de sellado.

Centro INSA de Lyon

Otro de los centros de mayor reputación es el centro INSA, en Lyon (Francia), lugar de importante concentración de conocimiento e ingeniería de alta tecnología desde un punto de vista de estudio multidisciplinar. Con 21 laboratorios utilizando 500 investigadores y 650 estudios de doctorado, este centro ha desarrollado rompedores avances en ingeniería que se han integrado en la industria a través de ciertos acuerdos de investigación y desarrolo. Su laboratorio,

LaMCOS

es de carácter multidisciplinar y se ha centrado en el estudio del contacto y mecánica de los sólidos y su dinámica estructural.

SKF ha establecido un marco de cooperación con este laboratorio de una duración superior a 20 años, fundamentalmente para el estudio de aplicaciones de grandes masas giratorias. Para ello, se ha creado un prototipo llamado Tribologyr que ya se está utilizando para evaluar el comportamiento por rozamiento de diferentes rodamientos y elementos de rodadura, de particular aplicación para la industria de sistemas de lubricación de alta densidad y de importante reducción en los niveles de friccion en maquinaria. Recientemente, se han potenciado sus acuerdos de cooperación a través de la creación de un comité para estudio de 6 años de duración. Su objetivo será el estudio multifuncional del comportamiento del lubricante ante las condiciones más adversas a las que puede verse sometido; por ejemplo, para aplicaciones aeronáuticas.tribologia y friccion

Universidad de Twente

Otras cooperación de largo alcance es la que se tiene con la universidad de Twente en Holanda, y concretamente con su departamento de fluido mecánica en base al que se están desarrollando los siguientes modelos de trabajo:

  1. Modelos de fiabilidad de sistemas de rodamientos
  2. Intervalos de relubricación
  3. Reología de la grasa

Comentarios

En cualquier máquina la friccion es un problema, porque consume energía y genera calor pero fundamentalmente el problema es que produce desgaste.

Friccion

Existen dos tipos básicos:

Estática

Dinámica

Cuando la resistencia al movimiento es tan grande que evita que se produzca el movimiento se llama estática; cuando el movimiento comienza, la resistencia que produce otro cuerpo es lo que se conoce como dinámica; esta segunda siempre es menor que la primera, es decir, es necesaria menor fuerza para poner un cuerpo en movimiento que para hacer que empiece a moverse.tribologia y friccion

Existen tres tipos fundamentales de friccion dinámica:

  • Por deslizamiento. Existe deslizamiento relativo entre las superficies.

  • De rodadura. Existe por la rodadura relativa entre 2 superficies en contacto, sin deslizamiento.

  • Fluida. Existe por el contacto entre un fluido y una superficie sólida en movimiento.

Para el caso de la rodadura el principal factor que determina sus niveles por contacto entre dos superficies es su acabado superficial, puesto que independientemente de él siempre existen picos y valles que, a nivel microscópico, producen rozamiento y desgaste. Para reducirla se utiliza el lubricante. Evidentemente, la existencia del lubricante reducirá la estática y la dinámica, puesto que en condiciones ideales la única existente será la asociada al lubricante, es decir, la friccion fluida, de menor valor siempre que la estática y también que la existente por rodadura.

Lubricación

Los lubricante actúan por adherencia molecular, fruto de la carga a la que se ven sometidos, pero también por cohesión por su propia integridad estructural y composición intermolecular.

Existen 4 tipos de condiciones de lubricación:

  • De capa límite

    Se produce típicamente al poner en marcha una máquina, y en muchos casos es inevitable que se produzcan contactos metal-metal por los picos y valles comentados.

  • Hidrodinámica

    Es la asociada a la presión que genera la cohesión e integridad del lubricante para evitar que, pese a la carga dinámica existente, pueda existir contacto entre superficies.

  • Hidrostática

    Para condiciones de baja velocidad se pueden utilizar sistemas de lubricación a presión pues pueden existir niveles elevados de friccion estática.

  • EHD (elasto-hidrodinámica)

Se asocia al incremento de friccion que se produce en las pequeñas superficies de contacto existentes entre partes móviles en la rodadura. Las superficies implicadas en ese proceso sufrirán una deformación elástica que se eliminará en el momento en el que dejen de estar en la zona de carga pasando a actuar en ese momento la lubricación hidrodinámica antes comentada.

Importante la Tribologia, ¿no?

Seguro que estás de acuerdo con mi apreciación de su importancia, pues nada ya sabes curioso e inquieto lector que habrás de seguir artículos técnicos y otros sobre esta disciplina. Yo te aporto mi lista de enlaces externos preferidos que te ayudarán.

Por otro lado si te interesó el artículo puedes revisar la entrada sobre polimeros termoplasticos, donde se explica la base de ingeneiría para entender el comportamiento de lubricantes.

 

Comentarios (9)

  1. Victor de Jesus Vialet Rodriguez

    Buenas, Mi nombre es Victor Vialet, soy estudiante de Mecatronica y estoy muy interesado en aprender tribologia, me gustaria que me recomendara algun programa de estudios para planificar la culminacion de mis estudios academicos y algun material que me permita adquirir una buena base intelectual para el tema.

    Gracias.

    Responder
    1. admin (Publicaciones Autor)

      Buenas noches Víctor, lamento el retraso en la respuesta.
      Yo siempre he sido partidario de Noria, pues dispone de certificaciones regladas y avaladas por las mejores empresas del sector. Por lo que veo eres de República Dominicana (de Linkedin), allí seguro que cuentas con estos cursos si bien son caros. Uno de sus directivos en Latinoamerica es Gerardo Trujillo que está en todas las redes sociales, quizás te pueda ayudar visitar sus perfiles; también conozco a Drew Troyer que fue quién me formó en un curso de 2 días que dio en España.
      En relación a revistas donde puedas encontrar información te recomendaría la revista machinerylubrication.com, y Preditec (empresa en la que trabaje) ofrece actualmente estos cursos de certificación a través de José Paramo. También puedes consultar en la etiqueta de eventos de mi portal donde aparecen conferencias y foros sobre varias de las personalidades del sector y la temática.

      Responder
      1. Victor de Jesus Vialet Rodriguez

        Muchas Gracias por su respuesta Sr.Lorenzo, me mantendré viendo su blog con el fin de estár pendiente de algun evento en mi país.

        Responder
  2. luis javier

    me encargaron un ensayo sobre la immportancia de la tribologia en el ejercicio profesional del ingeniero en mantenimiento industrial me pueden ayudar abuscar informacion ssobre esta?

    Responder
    1. admin (Publicaciones Autor)

      Buenos días Luis Javier,
      Claro que sí, quizás pueda consultar alguno de los enlaces del portal en ese sentido a los que añadiría Noria, MachineryLubrication y Tekniker (introduzca esos términos en el buscador google), pues son 3 referencias en el mercado mundial de Tribología.
      Por otro lado quedo en enviarle de manera breve a su dirección de correo algunas referencias bibliográficas que le podrían resultar de ayuda sobre la materia.
      Gracias por seguir este blog de ingeniería y encantado de tenerle entre mi seguidores.

      Responder
  3. Darwuin

    Buenas noches mi nombre es Darwuin Marquez soy Ingeniero en Mantenimiento de Venezuela actualmente me encuentro trabajando en Colombia y quisiera mantarme informado y actualizado con todo lo que involucre el mundo del manteniemiento industrial.
    Si m pueden hacer llegar informacion a mi correo electronico o si me pudieran recomomendar otros sitios web.

    Responder
    1. admin (Publicaciones Autor)

      Buenos días Darwuin,

      Los enlaces externos del portal son las webs que más sigo a nivel de actualidad en Mantenimiento, si bien diariamente sigo más Twitter, red social de la que te adjunto enlaces de mis lista de predictivo y fiabilidad (desde ahora públicas) en donde puedes consultar perfiles de la temática.
      (https://twitter.com/gestiondemto/lists/predictivo y https://twitter.com/gestiondemto/lists/fiabilidad)

      Por supuesto http://www.preditecnico.com/ (revista de la empresa en la que trabaje Preditec.com)

      También puede seguir estos enlaces http://www.mantenimientomundial.com/sites/mm/, http://predictiva21.com/ o estos otros periódicos (http://paper.li/MantenimientoMI/1391719446?edition_id=291885c0-7f6b-11e6-b88f-0cc47a0d164b y http://paper.li/obrenchat/1373491443?edition_id=43187d50-7f92-11e6-b88f-0cc47a0d164b) de 2 usuarios españoles que me constan tienen una buena actividad en Redes.

      Espero que te resulte de utilidad, y por favor si te parecen insuficientes contéstame a este comentario y te aportaría algo más en detalle a la dirección de correo electrónico.

      Cordiales saludos y feliz semana amigo Darwuin.

      Responder
  4. JHONNATAN PATRICIO FALA LEON

    BUEN DÍA
    Excelente Información
    disculpe en tribologia que tiene que ver el fenómeno de kinkerdall con el desgaste , depronto tiene información respecto al tema…? me seria de mucha ayuda, disculpre las molestias …

    Responder
    1. admin (Publicaciones Autor)

      Buenas tardes Jhonnatan,
      Las variables analizadas en el desgaste con análisis de aceites están nulamente correladas, por lo que se puede habla de independencia entre las mismas. Por esa razón el filtrado de la señal vibratoria suele ofrecer información suficiente sobre los diferentes modos de fallo analizados.
      En breve le enviaré información a su dirección de correo sobre el tema kirkendall.

      Responder

Dejar un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Show Buttons
Hide Buttons