Tribología

Oct. 23, 2023

Autor: Comunicación Noria

Última actualización: 02/21/24

La tribología es el estudio de la ciencia y la tecnología de las superficies que interactúan en movimiento relativo y abarca el estudio y la aplicación de la fricción, el desgaste, la lubricación y aspectos relacionados con el diseño de los componentes de la maquinaria.Para comprender mejor la tribología, es importante comprender las definiciones que hay detrás de la fricción, el desgaste y la lubricación.

La fricción se define como la resistencia al movimiento relativo entre dos cuerpos en contacto. La fricción no es una propiedad del material, sino una propiedad del sistema, y los científicos creen que se produce debido a la atracción electromagnética entre las partículas cargadas de dos superficies que están en contacto. Hay varios tipos de fricción, incluyendo:

tribología

> Fricción cinética, se produce cuando dos objetos se mueven uno con respecto al otro y se frotan entre sí (por ejemplo, una persona que se desliza por un tobogán).

> Fricción por rodadura, se produce cuando dos objetos se mueven uno con relación al otro y uno de ellos “rueda” sobre el otro (por ejemplo, las ruedas de un automóvil sobre el pavimento).

> Fricción deslizante, ocurre cuando dos objetos se frotan entre sí (por ejemplo, cuando se coloca y se mueve un libro sobre una mesa).

> Fricción fluida, ocurre cuando un objeto sólido se mueve a través de un líquido o gas (por ejemplo, una cometa que se mueve a través del aire).

Si bien la fricción no se considera una fuerza fundamental, es considerada una fuerza no conservadora, lo que significa que el trabajo realizado contra la fricción es dependiente de la trayectoria.

fricción por rodadura

El desgaste se define como la eliminación gradual, daño o desplazamiento del material en superficies sólidas. Los tipos más comunes de desgaste son:

  1. Desgaste abrasivo (de dos cuerpos), se produce cuando una superficie dura y áspera se desliza sobre una superficie más suave
desgaste abrasivo

  2. Desgaste adhesivo, se produce debido al movimiento y unión no deseada de partículas de desgaste de una superficie a la otra.

  3. Desgaste por fricción, se produce debido al roce recurrente entre dos superficies

  4. Desgaste erosivo, se produce cuando partículas sólidas o líquidas chocan con la superficie de un objeto.

  5. Fatiga de superficie, se produce cuando la superficie de un material se debilita por cargas cíclicas.

  6. Desgaste por corrosión/oxidación, se produce debido a reacciones químicas entre materiales desgastados y un medio corrosivo

Dados los diferentes tipos, la tribología también muestra cómo el desgaste puede sufrir muchos cambios con el tiempo o experimentar cambios por las condiciones de operación.

La lubricación se define como el control de la fricción y el desgaste mediante la introducción de una película que reduce la fricción entre las superficies dinámicas en contacto. Esta película, también conocida como lubricante, puede ser una sustancia sólida, fluida o plástica, siendo el aceite y la grasa los más comunes.

Los lubricantes tienen varias funciones, incluida la de reducir fricción, prevenir el desgaste, proteger a la maquinaria de la corrosión, controlar la temperatura y la
transmitir potencia y proporcionar un sello fluido.

diferentes tipos de tripologia

Cuando se trata de lubricación, hay tres diferentes tipos denominados regímenes: película límite, mixta y gruesa. La lubricación límite existe donde hay arranques y paros frecuentes y también donde están presentes condiciones de cargas de choque.

Por ejemplo, algunos aceites contienen aditivos –como extrema presión (EP, por sus siglas en inglés) o antidesgaste (AW, por sus siglas en inglés), para ayudar a proteger las superficies en caso de que las películas gruesas no se formen debido a la carga, la velocidad u otros factores. Esencialmente, estos aditivos EP y AW se adhieren a las superficies metálicas para formar una “capa de sacrificio que protege al metal contra el desgaste”.

Existen dos tipos de lubricación a película gruesa: hidrodinámica y elastohidrodinámica.

La lubricación hidrodinámica (HD) se produce cuando dos superficies en movimiento deslizante están completamente separadas por una película de lubricante. La lubricación elastohidrodinámica (EHD) es muy similar a la lubricación hidrodinámica, pero ocurre cuando las superficies están en movimiento rodante (una con respecto a la otra). La lubricación elastohidrodinámica obtiene su nombre de la propiedad de la película que deforma elásticamente la superficie de rodadura para lubricarla. Bajo estas condiciones la capa de la película EHL es mucho más delgada que la de la lubricación hidrodinámica, dandocomo resultado una mayor presión sobre la película.

lubricación elastohidrodinámica

La lubricación mixta, es una combinación entre la lubricación límite y la hidrodinámica, es cuando “la mayor parte de las superficies están separadas por una capa lubricante y las asperezas todavía hacen contacto entre sí”. Al igual que con la lubricación límite, la lubricación mixta también puede emplear aditivos para crear una capa protectora sobre el metal.

Hay varios conceptos fundamentales en tribología, como tribosistema, tribopelícula y curva de Stribeck. Un tribosistema se define como un sistema tribológico compuesto por al menos dos cuerpos en contacto y cualquier factor ambiental que afecte su interacción (“tribosystem”, Wikipedia). Es esencial para los tribólogos entender los sistemas tribológicos, ya que esto les permite crear y ejecutar pruebas tribológicas. Otro elemento importante del tribosistema gira en torno al uso de los recubrimientos tribológicos, en lo que se refiere a materiales ferrosos y no ferrosos.

Tribopelícula o tribopelículas, son películas producidas sobre las superficies y juegan un papel integral en la reducción o minimización de la fricción y el desgaste en los sistemas lubricados. Las tribopelículas también son conocidas como película lubricante límite, película de lubricación límite, película tribolímite o película límite (“Tribofilm”, Wikipedia).

curva de stribeck

La curva de Stribeck es una gráfica que muestra cómo la fricción en los contactos lubricados con fluidos es una función no lineal de la viscosidad del lubricante, la velocidad y la carga en la zona de contacto (“curva de Stribeck”, Wikipedia). Lleva el nombre de Richard Stribeck, un ingeniero mecánico alemán, quien describió el concepto por primera vez en 1902. Este gráfico muestra cómo la generación de la película lubricante es crítica en la reducción de la fricción y el desgaste de los componentes de las máquinas.

Historia de la tribología

La palabra “tribología” viene de la palabra griega tribos que significa fricción, traduciendo la palabra literalmente como la “ciencia de la fricción”. Mientras que el estudio del concepto se remonta a Leonardo da Vinci y sus estudios sobre las leyes de la fricción, la palabra “Tribología” no se había utilizado ampliamente hasta que Peter H. Jost, un ingeniero mecánico británico, acuñó el término en el Reporte Jost del 9 de marzo de 1966.

Jost es considerado el fundador de la disciplina de Tribología, y a partir de su reporte, se puso una mayor atención sobre el tema. Solicitó el establecimiento de Institutos de Tribología, junto con la publicación de un manual sobre tribodiseño e ingeniería.En una entrevista realizada por Jim Fitch, fundador de Noria Corporation, se le pidió a Jost que describiera el momento en que concibió la Tribología, señalando que fue en septiembre de 1964 en la Conferencia sobre Lubricación en Trabajos de Hierro y Acero en Cardiff (Reino Unido) del Instituto del Hierro y del Acero/Grupo de Lubricación y Desgaste del ImechE.

Fue en esta conferencia donde se discutieron las fallas, particularmente en la maquinaria yequipos dañados en acerías. Después de esto, se le pidió a Jost que formara un comité para “investigar lo relacionado con la educación sobre lubricación, la investigación y las necesidades de la industria.

Poco después de la publicación del Reporte Jost, el 26 de septiembre de 1966 se estableció formalmente la Comisión de Tribología y fue encargada de varias tareas, incluyendo:

  • Asesorar al ministro de tecnología para medir el efecto del progreso tecnológico y los ahorros en el ámbito de la tribología.
  • Asesorar a los departamentos gubernamentales y otros organismos en asuntos relacionados con la tribología.
  • Examinar y recomendar a la industria las últimas técnicas en tribología.
  • Informar anualmente al ministro de tecnología sobre sus propias actividades y sobre las tendencias y desarrollos en tribología que se consideran de importancia tecnológica o económica para la nación.

Desde entonces, la tribología se ha convertido en un área interdisciplinaria relacionada con la biología, la química, la ingeniería, las ciencias de los materiales, las matemáticas y la física.

Aplicaciones

Históricamente, la tribología se aplica a los componentes rodantes o deslizantes más comunes, como son los rodamientos, cojinetes planos, engranajes, levas, frenos y sellos. Estos elementos comunes se utilizan en diversas máquinas que tienen un movimiento relativo y requieren un movimiento deslizante o un movimiento de rotación. Este enfoque inicial en mejorar la operación y extender la vida útil de la maquinaria industrial ha evolucionado hacia otras variadas aplicaciones en las que ha tenido un gran impacto.

aplicaciones

Aplicación en la industria

Cuando se trata de investigación, la tribología abarca desde escalas macro a nano. Aunque tradicionalmente se concentraba en los sectores de transporte y manufactura, se ha diversificado más a lo largo de las décadas.

¿Qué es un tribólogo?

Un tribólogo es un estudiante o experto en el campo de la tribología. Leonardo da Vinci es considerado uno de los tribólogos más antiguos y famosos por sus estudios sobre las leyes de la fricción. Peter H. Jost, ingeniero mecánico británico y autor del innovador Reporte Jost , acuñó el término “Tribología” en 1966 y es considerado el padre de la disciplina.

Quienes participan en el desarrollo, mantenimiento y mejora continua de los programas de lubricación son tribólogos por extensión.

Referencias:

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