Investigación de Cojinetes de deslizamiento. https://youtu.be/MRzXbG890d8

1. UNIVERSIDAD FERMÍN TORO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO MECÁNICA
Francisco Vargas
C.I. 24.326.192https://youtu.be/MRzXbG890d8
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2. Los cojinetes de fricción son elementos mecánicos que
se encargan de soportar una carga y permitir el
movimiento deslizante o rotativo entre dos elementos
en una máquina. Su uso primordial es evitar el
desgaste de los puntos de apoyo de la máquina, efecto
que se generaría si los ejes rodaran directamente sobre
la estructura.
Los cojinetes de fricción están formados por dos
partes, por un lado está la parte fija que es la que
soporta las cargas, conocida como soporte y por otro,
la zona que sufre el desgaste, es decir, la que está en
contacto con el elemento en movimiento: el
casquillo.
Con el fin de minimizar las pérdidas producidas por
rozamiento en los cojinetes, se intenta usar parejas de
materiales con coeficiente de fricción reducido o
interponer entre las piezas un lubricante: sólido -
grafito o teflón-, líquido -aceite- o gaseoso -aire a
presión.

3. Tipos de Cojinetes de deslizamiento
Los cojinetes de metal-polímero se componen de un soporte
metálico, generalmente de acero o bronce, sobre el cual hay
sinterizada una capa porosa de bronce que luego se impregna con
un recubrimiento de PTFE y aditivos para obtener una capa de
deslizamiento resistente a la fricción y el desgaste. Estos cojinetes
pueden funcionar en seco o con lubricación externa.
Los cojinetes de deslizamiento también pueden fabricarse con materiales
termoplásticos de alto rendimiento, que proporcionan una excelente
resistencia al desgaste y baja fricción, ya sea bajo condiciones de
funcionamiento en seco o con lubricación. Gracias a un proceso de
moldeado por inyección, los cojinetes termoplásticos pueden diseñarse en
prácticamente cualquier forma y están elaborados con una serie de resinas
compuestas con materiales de relleno y lubricantes sólidos. Tienen una
excelente estabilidad dimensional, bajo coeficiente de fricción y buena
conductividad térmica.

4. Los cojinetes de fibras compuestas reforzadas son otro tipo
de cojinete de deslizamiento que constan de una capa de base
epoxy impregnada de fibra de vidrio de filamento continuo
con distintos revestimientos de cojinete de baja fricción
resistentes al desgaste. Esta estructura permite que los
cojinetes soporten altas cargas estáticas y dinámicas,
mientras que su naturaleza inerte los hace ideales para
ambientes corrosivos.
Los cojinetes monometálicos, bimetálicos y de bronce
sinterizado están diseñados para su uso en aplicaciones con
cargas elevadas y movimientos a baja velocidad, ya sea para
aplicaciones industriales terrestres o submarinas. Los cojinetes
de bronce sólido impregnados con lubricante ofrecen un
funcionamiento libre de mantenimiento en aplicaciones de alta
temperatura, mientras que los cojinetes monometálicos y
bimetálicos están diseñados para aplicaciones con lubricación.

5. Cojinetes autolubricantes:
No requieren lubricación externa:
Están fabricados con materiales porosos que al
impregnarse de aceite lo absorben y lo distribuyen
lentamente por las partes en movimiento de la
máquina.
Cojinetes con lubricación periódica:
Requieren un pequeño aporte de lubricante periódicamente.
Cojinetes con lubricación permanente:
Cojinetes hidrostáticos: El lubricante es introducido a presión
con una bomba externa. Sus desventajas principales son que
el fallo en el suministro de lubricante pone en peligro a la
instalación y su elevado coste.
Cojinetes hidrodinámicos:
No requieren la inyección externa de lubricante, sino que son
las partes en movimiento las que crean un efecto
hidrodinámico que hace que el aceite lubrique las partes en
contacto. Estos cojinetes funcionan por sí solos y no necesitan
de un suministro externo de aceite a presión. Su utilización es
crítica en máquinas con alto par de arranque.

6. Número de Sommerfeld
los factores de diseño son r (radio del muñón, in), c (holgura radial, in), µ (viscosidad absoluta, reyn), N (velocidad
significativa, rev/s), P (carga por unidad de área proyectada del cojinete, psi). La viscosidad según las hipótesis
idealizantes de Petroff se mantiene constante, pero es sabido por experiencias y tablas que la viscosidad del aceite no es
constante ya que el aceite aumenta su temperatura durante el funcionamiento y por ende disminuye su viscosidad de
los aceites. Al aumentar la temperatura de un aceite (por fricción interna del aceite) disminuye su viscosidad. Para el
cálculo se considera una temperatura efectiva equivalente, en base a la temperatura de ingreso y egreso del aceite del
cojinete
El número de Sommerfeld o índice o número característico de cojinete lo define una ecuación en base a la holgura radial
y al módulo del cojinete y es muy importante debido a que contiene todas las variables especificadas generalmente por
el diseñador.

7. La ecuación de Gumbel sirve para determinar el espesor mínimo de la película lubricante. A diferencia de la ecuación
de Sommerfeld, éste tiene en cuenta que el cojinete es de longitud finita, para lo cual introduce un factor correctivo.
Esta ecuación relaciona los factores de diseño que también usa Sommerfeld, pero le suma la longitud del cojinete.
Similar a lo que sucede con Gumbel y Sommerfeld, Mc Kee desarrolló una fórmula para calcular el coeficiente de
fricción para cojinetes de longitud finita, la que la diferencia de la ecuación de Sommerfeld y sus gráficas.

8. El huelgo radial para el diseño de un cojinete se fija
según una tabla (Faires 410) según el diámetro del eje
y el uso.
La teoría hidrodinámica conduce a la formación de una
gruesa capa de lubricante entre el eje y el cojinete
generada por la velocidad de rotación del eje, esta capa
es generada por la velocidad del eje, y a mayor velocidad
mayor espesor de la capa. Esta velocidad del eje genera
el ingreso del lubricante (hidrodinámica) por una zona
en forma de cuña que permite aumentar la presión del
lubricante en un valor tal que permite la separación de
las superficies de contacto, esto es contrarrestando el
peso del eje o gorrón.
Para que exista lubricación hidrodinámica el
lubricante debe ingresar al cojinete por un
canal convergente.
Saybolt Universal (empírico) en base al tiempo que
demora en vaciarse un recipiente normalizado; de
rotación (en base a la fuerza o par que se necesita
para mover un cuerpo sumergido en un líquido) y de
vibración (según la amplitud de las ondas en el fluido
al introducirse en él una barra rugosa, es el método
más conveniente para procesos continuos), también
otra forma de medirlo es soltando una esfera o
burbuja sobre un recipiente y medir la velocidad de
caída una vez que esta se estabiliza debido a la
viscosidad.

9. La película lubricante puede ser fluida, delgada
(lubricación bajo dosificación o por adherencia del
lubricante) o sólida (generada por la volatilización de
un agente que deja residuos entre metal y metal). La
fluida se puede dar por lubricación hidrodinámica
(movimiento de superficies que generan una cuña por
donde ingresa el lubricante a una presión lo bastante
elevada como para mantener separadas las
superficies), hidrostática (por bombeo a presión del
lubricante para separar las superficies), elasto-
hidrodinámica (por la deformación de los metales en
contacto durante el funcionamiento para la formación
de la película).
La forma de cuña o canal convergente conduce al
aumento de presión del lubricante permitiendo de
esta manera la separación de los metales en
contacto, generándose este aumento en mayor
medida por la velocidad de rotación del eje.
Diagrama Polar de presiones:
La presión máxima de aceite se da en la parte
convergente de la película, en las proximidades del punto
de mínimo espesor de película lubricante y la línea
vertical (este punto se puede ubicar mediante una gráfica
en base al número de Sommerfeld). El espesor de película
mínimo se encuentra por medio de una gráfica
ingresando con el número de Sommerfeld, en base al
ángulo formado entre una línea imaginaria de unión de
los centros del eje y el cojinete y la vertical al centro del
cojinete, también puede calcularse por la ecuación de
Gumbel.

10. La capa de separación se produce cuando el eje
empieza a rotar y arrastra el lubricante hacia abajo,
moviéndose el eje dentro del cojinete hasta alcanzar el
punto de desequilibrio, donde se forma una cuña por
donde ingresa el lubricante a presión y genera la capa
que separa al eje del cojinete. Es decir que se genera
por la velocidad de rotación del eje y la aparición de
una cuña o canal convergente debajo de él.
Para que el lubricante separe las superficies debe tener
suficiente presión para soportar el peso del eje, y
longitud suficiente para que el lubricante no escape
por los laterales del cojinete.
La inyección de lubricante a presión aumenta las fugas
del mismo por los laterales, lo que facilita la
refrigeración. Cuando se recurre al uso de una bomba
para inyectar lubricante a presión, el diagrama de
presión lateral y axial es el siguiente:
Cuando la fricción es elevada y el lubricante puede
aumentar excesivamente su temperatura se recurre al
uso de una bomba para inyectar lubricante a presión
en el cojinete y de esta manera aumentar el caudal de
fluido, para disminuir el tiempo de permanencia y por
ende el sobrecalentamiento.