Cómo reducir la fricción entre las superficies

Noria Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América

En términos simples, la fricción es una fuerza que se resiste el deslizamiento o rodamiento de una superficie sobre otra. Por lo tanto, se puede decir que la fricción se produce sólo cuando dos superficies están en movimiento relativo, por ejemplo, cuando un cigüeñal está girando en un cojinete o cuando un rodamiento de bolas cuando está rodando a lo largo de su pista.

Al ver estas superficies con un microscopio, nos damos cuenta de que cada superficie contiene pequeñas asperezas e irregularidades (superficies rugosas y desiguales), no importa qué tan fino se haya hecho el maquinado. Sin alguna forma de separación, como la que proporciona una película de lubricante, estas asperezas en la superficie pueden entrar en contacto. Al entrar en movimiento, el contacto entre esas asperezas generará algún tipo de desgaste, ya sea abrasivo, adhesivo o rayado.

Factores que afectan la fricción

Hay varios factores que afectan las condiciones de fricción en la interfaz entre esas dos superficies en movimiento relativo. Entre ellas están:

• Acabado de la superficie — La rugosidad, cantidad de puntos de contacto e incluso la dirección de las asperezas en las superficies puede afectar en forma dramática el coeficiente de fricción.
• Temperatura — Tanto la temperatura ambiente como la de operación pueden afectar la fricción. Por ejemplo, la temperatura es un elemento crítico que puede afectar la efectividad de los aditivos extrema presión (EP) o antidesgaste (AW)  en ciertas aplicaciones.
• Carga de operación — La fricción varía directamente con la carga. Cuando se excede la carga de diseño puede incrementar dramáticamente el coeficiente de fricción.
• Velocidad relativa — Incrementar la velocidad más allá de la especificada incrementará drásticamente la fricción.
• Naturaleza del movimiento relativa entre las superficies — El movimiento deslizante, comparado contra el deslizante, puede afectar el coeficiente de fricción.
• Características del lubricante — Entre ellas están el tipo de básico empleado, su viscosidad y los aditivos con que se formula el lubricante para una aplicación en partículas.

El reto está en reducir el coeficiente de fricción tanto como sea posible, ya sea eliminando los factores que pueden tener un efecto adverso sobre las superficies en movimiento relativo o cuando menos controlando esos factores.

Reducción de la fricción

Por lo general, hay tres formas de reducir la fricción:

1. El uso de metales de sacrificio en las superficies de los cojinetes, como materiales de bajo corte, como el empleado en los cojinetes con aleaciones plomo-cobre.
2. Sustituir la fricción deslizante por fricción por rodamiento, como es el caso de los rodamientos de elementos rodantes.
3. Mejorar la lubricación, ya sea cambiando la viscosidad, empleando aditivos diferentes, de mejor calidad o lubricantes diferentes, como puede ser el empleo de aditivos sólidos o de básicos sintéticos.

Interacción de las superficies

Es importante comprender cómo interactúan entre sí dos superficies metálicas dentro de una máquina. Todas las superficies metálicas tienen algún grado de rugosidad en sus superficies. Independientemente de cuán suave pueda parecer una superficie, cada superficie de metal tiene puntos altos y valles bajos.

Los puntos altos se denominan asperezas. Cuando las dos superficies se mueven una al lado de la otra, son las asperezas de una superficie las que entran en contacto con las asperezas de la otra superficie.

La cantidad y la altura de las asperezas en las superficies afectan dramáticamente la fricción. El trabajo del lubricante es mantener separadas estas asperezas y evitar que entren en contacto entre sí, reduciendo o eliminando así el contacto y la fricción entre los metales.

Sin una película de aceite adecuada para separar las superficies metálicas, se produce el contacto de metal con metal, las asperezas de las dos superficies se sueldan y luego se separan entre sí por el movimiento de las superficies que se deslizan, lo que provoca la adhesión (soldadura) y abrasión (corte). En casos severos, las dos piezas de metal pueden soldarse y aferrarse entre sí.

Si la película de aceite es suficiente para mantener las superficies separadas, pero tiene una viscosidad demasiado alta para la velocidad de las superficies en movimiento, entonces se producirá cierta resistencia interna o arrastre dentro del fluido (fricción fluida). Esto se puede considerar como la fricción causada por las capas de aceite que se ven obligadas a deslizarse entre sí.