Tribología

Desgaste en los dientes de un engranaje debido a la fricción.

Fricción.

La tribología (del griego tribos, "frotar o rozar") es la ciencia que estudia la fricción, el desgaste y la lubricación que tienen lugar durante el contacto entre superficies sólidas en movimiento. El término es usado universalmente desde finales del siglo XX.

Para entender a la tribología se requiere de conocimientos de física, de química y de la tecnología de materiales. Las tareas del especialista en tribología (tribólogo) son las de reducir la fricción y desgaste para conservar y reducir energía, lograr movimientos más rápidos y precisos, incrementar la productividad y reducir el mantenimiento.

La Tribología como Ciencia

La tribología se define como la ciencia y tecnología entre la interacción de superficies en movimiento relativo e involucra el estudio de la fricción, el desgaste y lubricación.

Antes del nacimiento de la tribología como ciencia se pensaba en el término “lubricación” o ingeniería de lubricación. No se había generalizado la disminución de la fricción y el desgaste como prácticas cotidianas. Con la tribología como ciencia se estudia la fricción y sus efectos asociados, como el desgaste, tratando de prevenirlos con mejores diseños y prácticas de lubricación. Toma en cuenta, entre otros aspectos de la maquinaria industrial, los siguientes:

• El diseño
• Los materiales de las superficies en contacto
• El sistema de aplicación del lubricante
• El medio circundante
• Las condiciones de operación

Aplicaciones

La tribología está presente prácticamente en todas las piezas en movimiento tales como:

• Rodamientos
• Chumaceras
• Sellos
• Anillos de pistones
• Embragues
• Frenos
• Engranajes
• Árboles de levas

La tribología ayuda a resolver problemas en maquinaria, equipos y procesos industriales tales como:

• Motores eléctricos y de combustión (componentes y funcionamiento)
• Turbinas
• Compresores
• Extrusión
• Rolado
• Fundición
• Forja
• Procesos de corte (herramientas y fluidos)
• Elementos de almacenamiento magnético
• Prótesis articulares (cuerpo humano)

Fundamentos de la tribología

La tribología se centra en el estudio de tres fenómenos:

1. la fricción entre dos cuerpos en movimiento
2. el desgaste como efecto natural de este fenómeno
3. la lubricación como un medio para reducir el desgaste.

Fricción

La fricción se define como la resistencia al movimiento durante el deslizamiento o rodamiento que experimenta un cuerpo sólido al moverse sobre otro con el cual está en contacto. Esta resistencia al movimiento depende de las características de las superficies. Una teoría explica la resistencia por la interacción entre puntos de contacto y la penetración de las asperezas. La fricción depende de

• i) la interacción molecular (adhesión) de las superficies
• ii) la interacción mecánica entre las partes.

La fuerza de resistencia que actúa en una dirección opuesta a la dirección del movimiento se conoce como fuerza de fricción. Existen dos tipos principales de fricción: fricción estática y fricción dinámica. La fricción no es una propiedad del material, es una respuesta integral del sistema.

Existen tres leyes de la fricción:

1. La fuerza de fricción es proporcional a la carga normal.
2. La fuerza de fricción es independiente del aparente área de contacto entre las superficies deslizantes.
3. La fuerza de fricción es independiente a la velocidad de deslizamiento.

Desgaste

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. Al igual que la fricción, el desgaste no es solamente una propiedad del material, es una respuesta integral del sistema. Los análisis de los sistemas han demostrado que 75% de las fallas mecánicas se deben al desgaste de las superficies en rozamiento. Se deduce fácilmente que para aumentar la vida útil de un equipo se debe disminuir el desgaste al mínimo posible.

• Desgaste por Fatiga: surge por concentración de tensiones mayores a las que puede soportar el material. Incluye las dislocaciones, formación de cavidades y grietas.

• Desgaste Abrasivo: es el daño por la acción de partículas sólidas presentes en la zona del rozamiento.

• Desgaste por Erosión: es producido por una corriente de partículas abrasivas, muy común en turbinas de gas, tubos de escape y de motores.

• Desgaste por Corrosión: originado por la influencia del ambiente, principalmente la humedad, seguido de la eliminación por abrasión, fatiga o erosión, de la capa del compuesto formado. A este grupo pertenece el Desgaste por oxidación. Ocasionado principalmente por la acción del oxígeno atmosférico o disuelto en el lubricante, sobre las superficies en movimiento.

• Desgaste por Frotación: aquí se conjugan las cuatro formas de desgaste, en este caso los cuerpos en movimiento tienen movimientos de oscilación de una amplitud menos de 100 μm. Generalmente se da en sistemas ensamblados.

• Desgaste por deslizamiento: También conocido como desgaste por adhesión es el proceso por el cual se transfiere material de una a otra superficie durante su movimiento relativo como resultado de soldadura en frío debido a las grandes presiones existentes entre las asperezas, en algunos casos parte del material desprendido regresa a su superficie original o se libera en forma de virutas o rebaba. Existen pruebas de este tipo en las que se emplea una máquina de perno o esfera en disco.

• Desgaste Fretting: es el desgaste producido por las vibraciones inducidas por un fluido a su paso por una conducción.

• Desgaste de Impacto: son las deformaciones producidas por golpes y que producen una erosión en el material.

Lubricación

Curva de Stribeck.

El deslizamiento entre superficies sólidas se caracteriza generalmente por un alto coeficiente de fricción y un gran desgaste debido a las propiedades específicas de las superficies. La lubricación consiste en la introducción de una capa intermedia de un material ajeno entre las superficies en movimiento. Estos materiales intermedios se denominan lubricantes y su función es disminuir la fricción y el desgaste. El término lubricante es muy general, y puede estar en cualquier estado material: líquido, sólido, gaseoso e incluso semisólido o pastoso.

Véase también

• Calor
• Fricción
• Triboluminiscencia
• Traceología

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre tribologíaCommons.