La tribología estudia la fricción, desgaste y lubricación entre superficies sólidas en movimiento. Es una ciencia multidisciplinaria que requiere conocimientos de física, química y tecnología de materiales. La tribología se centra en reducir la fricción y desgaste mediante el diseño, materiales y lubricación para aumentar la eficiencia y vida útil de maquinaria e industrias.
1. LA TRIBOLOGIA
¿Qué es?
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 la tribología se requieren conocimientos de física, de química y de 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 de la interacción entre 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
2. 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 TRIBOLOGIA
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.
3. 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.
4. Lubricación
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.
ANTECEDENTES
En nuestros días claro está, con el considerable aumento del nivel de conocimientos y la
creciente complejidad de los productos de uso y consumo diarios, es prácticamente imposible
para una sola persona enjuiciar y resolver todos los problemas que aparecen en el nuevo
desarrollo industrial.
El secreto consiste en encontrar los especialistas adecuados, dirigirles en su conjunto y formular
acertadamente la prioridad de los problemas. Tarea que exige, frecuentemente, un gran tacto,
tanto humano como profesional. En realidad se precisa un tratamiento multidisciplinario para la
solución de, prácticamente, todos los problemas.
ETIMOLOGÍA DE LA PALABRA TRIBOLOGIA
La palabra TRIBOLOGIA procede del griego tribos (frotamiento) y “logos estudio”, por tanto la
“tribologia” es el estudio de la fricción.
La definición académica más aceptada es “....la Ciencia y la Tecnología de la interacción de las
superficies con movimientos relativos y las prácticas relativos a ellos…”
LA TRIBOLOGIA CONSIDERADA CIENCIA MULTIDISCIPLINARIA
El concepto de TRIBOLOGIA fue usado por primera vez en un informe elaborado por una
Comisión del Ministerio de Educación y Ciencia de la Gran Bretaña el 9 de marzo de 1966, por lo
que está fecha se conoce como la del nacimiento de la tribologia como una nueva ciencia
multidisplinaria científica. Ya en ese informe se señalaba el carácter multidisplinario de está
ciencia, en la que entre otras participa la física, la química, la economía, la ciencia de los
materiales, la matemática y la computación.
Por tanto a la TRIBOLOGÍA comenzó a reconocerse como fuente de una gran potencial para
economizar recursos financieros, materias primas y materiales energéticos, de aquí su gran
importancia, haciéndose efectiva por muchos países la estimulación de las investigaciones en la
fricción, la lubricación y el desgaste.
Varios expertos consideran que en 1.990 en EE.UU., sólo por efectos de la fricción y el desgaste
se gasto en energía una suma equivalente a la necesaria para mantener la ciudad de Nueva York
durante un año. En la industria de construcción de maquinaria se estima que, entre el desgaste
y la fatiga se produce el 90 % de las causas de salida de servicio de los elementos de máquinas,
no considerando aquí, aquellos que estando desgastados continúan trabajando y son causa de
pérdida de eficiencia en mecanismos y máquinas.En toda industria existen elementos en
movimiento (pares de fricción) donde la fricción y el desgaste están presentes. Solo esos datos
bastarían para comprender la importancia de esta ciencia.
5. La TRIBOLOGIA es la Ciencia y Técnica de las superficies (sistemas) en movimiento
que se encuentran en contacto mutuo.
Entre las principales consecuencias de la fricción están:
el desgaste,
el calentamiento
la pérdida de energía y potencia.
PROLONGACIÓN DE LA VIDA ÚTIL DE ELEMENTOS MECÁNICOS
La prolongación de la vida útil de los componentes mecánicos por medio del control del desgaste
se ha convertido durante la última década, en una importantísima herramienta para la reducción
de los costos de producción en las industrias pesadas y medianas. El monitoreo del control del
desgaste constituye ahora uno de los principales objetivos, tanto en el diseño mecánico como en
las operaciones de mantenimiento.
Siguiendo las necesidades prácticas, la investigación en ingeniería mecánica se ha dirigido hacia
nuevos áreas de acción. Así además del análisis cinemático de las piezas en movimiento que ha
sido el primer objetivo del diseño mecánico y del cálculo de resistencia de las piezas surgido con
la evolución de los equipos de alta potencia, en el presente se está desarrollando un tercer
campo “la tribología”.
QUE INVESTIGA LA TRIBOLOGIA
Esta ciencia investiga la interacción entre dos superficies en contacto y en movimiento relativo,
interacción que principalmente se manifiesta como fricción y está relacionada en forma implícita
con el desgaste mecánico. Como consecuencia lógica el trabajo de mantenimiento industrial, por
mucho tiempo considerado como una actividad secundaría en el sistema de producción, llego a
ser el objeto de un nuevo campo de investigación llamado “terotecnología”.
QUE ES LA TEROTECNOLOGÍA
Es la tecnología de instalación, puesta en marcha, mantenimiento, sustitución y remoción de
maquinaría y equipos, de la retroalimentación de esas actividades sobre el diseño de equipos y
sobre las operaciones de producción y otros tópicos y prácticas relacionadas.
SISTEMA TRIBOLÓGICO
En los estudios de fricción y desgaste el término más utilizado es la noción de sistema
tribológico. Un sistema tribológico, se identifica como un par mecánico y se caracteriza por los
siguientes parámetros:
Caracteristicas geométricas de las superficies en contacto.
Propiedades de los materiales de los constituyentes del tribo-sistema: cuerpos sólidos,
lubricantes (si es el caso) y el ambiente.
Régimen cinemático, indicado por las velocidades relativas de los cuerpos en contacto.
Régimen dinámico (la carga normal sobre la superficie de contacto y la fuerza de fricción
asociada
6. ARREAS DE LA INVESTIGACIÓN DE LA TRIBOLOGIA
Las áreas de investigación de esta ciencia multidisciplinaria abarca
1.- Transferencia tecnológica
2.- Recubrimientos y tratamientos superficiales.
3.- Desgaste metálico.
4.- Diseño de Cojinetes y aditivos en lubricantes
5.- Lubricación elastohidrodinámica
6.- Lubricación límite.
7.- Fricción
8.- Diseño de cojinetes hidrodinámicos
9.- Efectos térmicos y mecánica de contacto
10.- Desgaste abrasivos y cerámicos.
11.- Desgaste de cilindros y aros
12.- Polímeros.