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La tribología se deriva de la raíz griega “τριβ”, que significa “froto”, y que describe la ciencia del frotamiento cuando va seguida del sufijo griego “-ología”. Hoy en día, este término simplemente se refiere al estudio de la lubricación, la fricción y el desgaste. La fricción debe tratarse como un enemigo cuando se trata de la confiabilidad de la máquina. Cuando se produce fricción, la energía mecánica se convierte en calor. Este calor, cuando se combina con interacciones mecánicas, genera desgaste, vibración y ruido. Estos síntomas deben controlarse a diario, ya que son la razón por la que utilizamos aditivos modificadores de fricción en nuestros lubricantes. Este artículo profundiza en los diferentes tipos de fricción junto con el papel de los modificadores de fricción para ayudarlo a determinar si son adecuados para sus necesidades de lubricación.
Tipos de fricción
Leonardo da Vinci, pionero de la tribología, descubrió por primera vez las leyes básicas de la fricción deslizante en 1493. Estos son los cuatro tipos de fricción que estudió:
- Deslizante
a) Por ejemplo, simplemente frotar las palmas de las manos es fricción deslizante.
b) En entornos industriales, vemos fricción por deslizamiento en cojinetes, guías deslizantes, compuertas, etc.
- Rodante
a) Una pelota pesada que rueda por el suelo creará fricción rodante.
b) Los rodamientos, uno de los diseños mecánicos más comunes, pueden experimentar fricción rodante.
- Estática
a) Empujar un escritorio pesado antes de que comience a deslizarse es fricción estática.
b) Similar a la fricción por deslizamiento, la fricción estática es la fuerza que mantiene al objeto en reposo hasta que se supera la fuerza de fricción estática y el objeto comienza a moverse.
- Fluida
a) La resistencia que se siente al agitar un fluido o al impulsar una embarcación a través del agua se denomina fricción fluida o, en ocasiones, “resistencia viscosa”.
b) La fricción fluida es un tipo común de fricción que a menudo se encuentra en máquinas industriales que requieren lubricación.
Las asperezas son los picos microscópicos y rugosos que se forman en una superficie que, de otro modo, parece lisa. Incluso si la superficie ha sido mecanizada hasta obtener un acabado de espejo, seguirá teniendo asperezas. Este es el punto exacto en el que comienzan la fricción y el desgaste. Cuando las asperezas de cada superficie entran en contacto entre sí, se crea la fricción. Este es también el punto en el que entra en juego la fricción del fluido en forma de buena lubricación.
En la lubricación industrial, prestamos mucha atención a la fricción de los fluidos, pero, lo crea o no, nos ocupamos de los cuatro tipos de fricción casi a diario. Es posible que no los veamos porque están ocurriendo dentro de un componente, como los rodamientos de bolas que giran dentro de la pista en sus carcasas o la fricción deslizante en la línea de paso de los dientes de los engranajes de las cajas de engranes. A medida que continúa la fricción, algunas asperezas se desprenden y caen en los espacios entre las superficies, creando un tercer cuerpo. Esto da lugar a un término conocido como «abrasión de tres cuerpos». Este tercer cuerpo representa el agregado de todas las partículas entre las dos superficies móviles y con un movimiento relativo propio.
Factores de fricción
Los modificadores de fricción son aditivos suaves para el control del desgaste y la fricción que actúan al comienzo de la lubricación de película mixta. Hay muchos factores que influyen en la decisión de utilizar modificadores de fricción además de aditivos de extrema presión (EP) o antidesgaste (AW).
La temperatura, por ejemplo, es un campo de datos muy importante que se debe tener en cuenta al optimizar los lubricantes. Tanto la temperatura de funcionamiento como la temperatura ambiente afectan la fricción y son muy importantes para aplicaciones específicas. Dos de los factores más importantes a los que se hace referencia al seleccionar los lubricantes adecuados son la velocidad y la carga de la aplicación. Cuanto mayor sea la velocidad, mayor será la fricción del fluido. Por lo tanto, menor debe ser la viscosidad del lubricante para evitar una fricción innecesaria del fluido. Esa es una de las razones por las que muchas bombas y sopladores de mayor velocidad utilizan lubricantes con un grado de viscosidad ISO 46 o 68.
El siguiente factor importante que afecta la fricción son las características de la carga, incluidas la carga operativa y las cargas de impacto. Si la carga excede la capacidad recomendada del componente, se producirán condiciones límite y se producirá fricción. Además, el tipo de movimiento relativo que interactúa entre las asperezas de la superficie juega un papel, como la superficie de rodadura en un rodamiento de bolas o la superficie deslizante en un cojinete deslizante. Por último, las características del lubricante (viscosidad del aceite base, tipo de aceite base y qué aditivos contiene el lubricante) pueden afectar la fricción o el coeficiente de fricción. El desafío cuando se trata de lubricación es reducir la fricción tanto como sea posible, ya sea eliminando los factores que afectan negativamente a la superficie en movimiento relativo o al menos intentando controlar la mayor cantidad posible de esos factores. La viscosidad del aceite es el principal factor influyente en esto, mientras que los modificadores de fricción y otros aditivos de control del desgaste y la fricción ayudan cuando no se cumplen las condiciones ideales de carga, velocidad y temperatura, como durante el arranque de la máquina.
Aditivos modificadores de fricción
- Modificadores de fricción orgánicos (MFO)
a) Los MFO son surfactantes anfifílicos, como los ácidos grasos, a menudo producidos como subproducto de grasas y aceites vegetales.
b) Los MFO son aditivos comunes e importantes en los aceites de motor actuales.
c) Se adsorben sobre superficies metálicas para formar capas incompresibles (monocapas) que evitan el contacto con las asperezas y reducen la fricción y el desgaste.
2. Aditivos de organomolibdeno solubles en aceite
a) Desarrollados originalmente para su uso como aditivos antidesgaste (AW).
b) Comúnmente utilizado como aceite para engranajes.
- Polímeros funcionalizados
a) Se encontró que se adsorbe específicamente en superficies polares.
b) Se ha demostrado que reduce significativamente el desgaste y la fricción.
- (Mención Honorífica) Nanopartículas dispersas
a) Mención honorífica porque aún no son de uso común ni amplio en el teatro industrial.
b) Se ha demostrado que reducen la fricción límite, que se produce cuando una superficie está al menos parcialmente lubricada, pero no tanto como para que no haya fricción directa entre las dos superficies.
Modificadores de fricción
¿Qué son los modificadores de fricción? A veces llamados aditivos de lubricación límite, los modificadores de fricción son aditivos como el ditiocarbamato de molibdeno, un aditivo común para extremas presiones (EP), así como el dialquilditiofosfato de zinc (ZDDP), un aditivo antidesgaste (AW) común. No deje que las palabras largas y tontas le intimiden: se los conoce comúnmente como molibdeno y ZDDP. De hecho, estos dos funcionan bastante bien en conjunto dentro del mismo lubricante y aumentan la eficiencia y el desempeño tanto de la maquinaria como de los lubricantes.
Los modificadores de fricción son aditivos que también aumentan la eficiencia energética de las máquinas. Hay tres tipos principales de aditivos modificadores de fricción, como se menciona en nuestra lista: modificadores de fricción de organomolibdeno solubles en aceite, modificadores de fricción orgánicos y polímeros funcionalizados. Los polímeros funcionalizados son los más beneficiosos para las películas lubricantes elastohidrodinámicas e hidrodinámicas (es decir, aplicaciones de rodadura y deslizamiento moderados). Sin embargo, los modificadores de fricción de organomolibdeno solubles en aceite funcionan mejor en condiciones hidrodinámicas severas, como los puntos de contacto de deslizamiento pesado de un cojinete deslizante. Un estudio reciente realizado por un laboratorio de tribología líder le da mérito al ZDDP y Moly como uno de los paquetes de aditivos modificadores de fricción más comunes. El ZDDP tiene propiedades antidesgaste o AW y se considera un polímero funcionalizado en relación con el ditiocarbamato de molibdeno.
¿Qué tienen estos aditivos que los convierten en «modificadores de fricción»? Bueno, los modificadores de fricción son como una especie de lubricación para la lubricación. Crean un camino suave para que la mayor parte del lubricante fluya a través de las superficies superior e inferior, lo que se denomina comportamiento anti compresivo, que hace exactamente lo que esperaría: crea el efecto opuesto de la compresión al utilizar la polaridad en el lubricante. Piense en ello como si los polos iguales de dos imanes se resistieran entre sí, pero no tan fuertes. En lugar de succionar las superficies para acercarlas, los modificadores de fricción ayudan a mantenerlas separadas. Será mucho mejor utilizar un lubricante de buena calidad, correctamente formulado y equilibrado desde el principio. Uno de los primeros pasos para lograrlo es asegurarse de que el lubricante tenga la viscosidad y las capacidades de carga adecuadas. Recuerde, es mejor que su equipo funcione con una película fluida completa que separe sus partes móviles en lugar de depender de una barrera de fricción en condiciones límite. Entonces, al final, ¿son los modificadores de fricción adecuados para sus necesidades de lubricación? Ahora tiene el conocimiento para ayudarlo a tomar esa decisión para su aplicación.
Referencias
- Loren Green “Cuándo y cómo utilizar modificadores de fricción” https://www.machinerylubrication.com/Read/30336/friction-modifiers-use
- Noria Corporation.
https://www.machinerylubrication.com/Read/29181/reduce-friction-surfaces
- Oxidation – The Friction Nemesis, Bennett Fitch
Paul Farless, Noria Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América