lunes, 1 de febrero de 2016

TRIBOLOGIA


TRIBOLOGÍA
DEFINICIÓN(Según DIN 50 323)
"Ciencia y tecnología de las superficies interactuantes en movimiento relativo de una en relación a la otra, y sus problemas asociados”.
TRIBO-INGENIERÍA (Ingeniería de la lubricación)
Para el diseño tribológico que permita a los componentes lubricados de la maquinaria una larga y confiable vida en servicio, el lubricante debe tratarse como un componente funcional más de la máquina desde la etapa de diseño, bajo los criterios de fricción y desgaste.
CONOCIMIENTOS BÁSICOS SOBRE TRIBOLOGÍA
El rozamiento es la resistencia mecánica al movimiento relativo de dos superficies. El rozamiento no es deseado en la ingeniería mecánica ya que este significa pérdidas de energía (por aumento de temperatura y ruido) y normalmente producen perdidas de material (desgaste).
Para determinar el rozamiento sirve la formula de Coulomb:


OBJETIVOS DE LOS ACEITES Y LUBRICANTES:
• Cuidado y mantenimiento de las máquinas
• Menor desgaste/mayor vida útil de las piezas lubricadas
• Aumento de la productividad de las máquinas
• Disminución del consumo de lubricante por unidad producida
• Disminución del consumo total
• Alargamiento de vida útil y frecuencia de cambio del lubricante
• Disminución de riesgo de salud para el operario
• Disminución del riesgo ecológico
• Disminución de costos
ELEMENTOS PARA UN CORRECTO DIAGNÓSTICO:
• Características del lubricante recomendado por el fabricante
• Historia de lubricación de la pieza o máquina de que se trate
• Especificaciones del lubricante usado hasta el momento
• Condiciones ambientes a que está sometida la máquina(agua, etc)
• Condiciones de temperatura que alcanzará el lubricante
• Velocidades que alcanzan las partes en movimiento
• Mejoras deseables sobre el producto usado hasta ahora
• Vida útil del lubricante actual y expectativas del cliente
• Servicio de mantenimiento preventivo
• Disposición final del lubricante
• Consideraciones adicionales, como horas de servicio diarias, etc.
Los diferentes tipos de rozamiento son: fricción por deslizamiento, fricción por rodadura y fricción combinada (contiene deslizamiento y rodadura).
Para una solución óptima del problema deben conocerse todos los valores que tienen influencia sobre el sistéma tribológico. Los impactos ambientales (existencia de polvo, temperatura o humedad) y los parámetros del diseño (materiales, superficies o geometría de los elementos en juego) son de la misma importancia que los factores de estrés (velocidad, presión o vibraciones) para seleccionar el lubricante ideal.
El diagrama de Stribeck describe el transcurso del valor de rozamiento de un cojinete lubricado con aceites o grasas en diferentes condiciones de rozamiento y lubricación.
En la fase de arranque el rozamiento estático está seguido por el rozamiento límite (alta fricción y desgaste en este período). Con la velocidad creciente las superficies deslizantes se separan parcialmente debido a la película lubricante (período de rozamiento mixto, donde actúan los lubricantes sólidos (ver curva roja).
A mayores velocidades se forma la película de lubricación hidrodinámica (o elasto- hidrodinámica en mecanismos altamente cargados donde las superficies en contacto se deforman por el accionar de estas fuerzas). En esta etapa se logran los mínimos valores de desgaste porque actúa el aceite o la grasa que fueron diseñados para este régimen de fricción. A mayor viscosidad del lubricante, tendremos mayores pérdidas por rozamiento viscoso, por lo que lubricantes con aceites de alta
viscosidad solo se recomiendan en elementos de movimiento lento.
Las funciones de un lubricante pueden ser múltiples. Dependiendo de la aplicación particular pueden ser suficientes solamente una de ellas o varias. Además de las exigencias primarias del lubricante, transmisión máxima de fuerza a rozamiento mínimo y desgaste mínimo, muy a menudo
deben cumplir distintos requerimientos secundarios, como por ejemplo: resistencia al agua, resistencia química, compatibilidad con plásticos o protección anticorrosiva.
La selección de la viscosidad depende del campo de aplicaciones del lubricante. En principio: baja viscosidad para cargas pequeñas y altas velocidades; alta viscosidad para altas cargas, velocidades bajas y altas temperaturas.
La viscosidad puede determinarse a través de distintos métodos de medición. La viscosidad cinemática se expresa en mm2/s (o cSt que es la unidad más utilizada en la actualidad) y nos cuantifica la "fluidez" del aceite. La viscosidad dinámica se suele expresar en mPa (milipascales). Teniendo en cuenta la densidad, ambas viscosidades pueden convertirse una a otra mediante la ecuación: Viscosidad dinámica=densidad x viscosidad cinemática.
La viscosidad de un aceite depende de la temperatura, de la presión y de las fuerzas que actúan sobre el fluído así como del tiempo durante el cual estos parámetros son dominantes. El factor de influencia más importante, de los mencionados, es la temperatura. Con temperatura creciente la
viscosidad baja y viceversa.
Con el incremento de la temperatura se incrementa la tendencia de un aceite a oxidase y envejecer lo cual lleva a una descomposición y evaporación que terminan en una coquización (y un consecuente aumento de la acidez). En casos extremos puede haber peligro de inflamación. Con la caída de la temperatura la fluidez del aceite se reduce. La magnitud del cambio de viscosidad de un aceite bajo la influencia de la temperatura se expresa por el índice de viscosidad que se determina según la norma DIN ISO 2909.








ACEITES


Como base para lubricantes de alta performance se emplean aceites minerales, hidrocarburos sintéticos, aceites de silicona, poliglicoles, esteres, PAOs y otros líquidos sinteticos. Cada unos de los anteriores presenta diferentes caracterisiticas de estabilidad térmica, miscibilidad, compatibilidad con materiales, poder de lubricación y costos.
En otros lubricantes de los denomindados "húmedos", también son los aceites base los principales agentes en proporcionar el efecto deseado.
La viscosidad de los mismos es una de las caracteristicas más importantes y la estaremos desarrollando más adelante.



PASTAS
Las pastas desempeñan un papel doble en la lubricación: Con un alto contenido de lubricantes sólidos
(que es lo que las diferencia de las grasas) dispersados en aceite ejecutan un trabajo muy solicitado en el proceso de lubricación de sistemas tribológicos en el campo de lubricación de sistemas tribológicos en el campo de rozamiento mixto (no son útiles en régimen hidrodinámico).
Por el alto contenido de sólidos estables a altas temperaturas estas separan de manera confiable las áreas deslizantes (p. ej. uniones roscadas) y además protegen contra la corrosión permitiendo un posterior desensamble con mínimo esfuerzo. Pueden usarse en conjunto con grasas para otros elementos mecánicos y proveerán protección contra el desgaste en los períodos de arranque.

Pastas de montaje especiales para las más altas exigencias
El daño a menudo ocurre en el rango límite de fricción en superficies metálicas bajo stress tribológico durante montaje o puesta en marcha. Los daños en la superficie causados por altas presiones a baja velocidad, pueden ser prevenidos por finas capas de lubricantes sólidos, que son capaces de transmitir cargas pesadas y que poseen también excelente efecto antidesgaste. Para facilitar la aplicación de capas finas de lubricante sólido, se desarrollaron pastas de montaje (también llamadas grasas antiengrane) que consisten en varios lubricantes sólidos combinados con aceite mineral o sintético. Son aptas como asistencia al montaje y como lubricante de puesta en marcha.
Las pastas de montaje negras generalmente contienen disulfuro de Molibdeno, absorben cargas muy pesadas, previenen el desgaste y exhiben bajos coeficientes de fricción. Se mezclan también otros lubricantes sólidos, haciendo que la mezcla presente mejores propiedades tribológicas.
En aplicaciones con movimientos oscilantes o vibratorios, se utilizan pastas antiengrane con combinación de lubricantes sólidos blancos. Son satisfactorios para combatir la tribocorrosión, y en donde las pastas de montaje de color negro son indeseables.
Los aceros de alta temperatura con base de aleaciones de cromo/níquel poseen una tendencia a formar óxidos y deben ser lubricados con pastas de montaje basadas en lubricantes sólidos blancos para asegurar montajes y desmontajes libres de daño. Se desarrollaron pastas especiales para este propósito, con base de polvos metálicos (pastas de montaje de cobre o aluminio son las más utilizadas) y otros lubricantes sólidos. Brindan excelente estabilidad en altas temperaturas y permiten desarmar las conexiones roscadas sin daño luego del servicio a altas temperaturas.

GRASAS

Cuando por razones de construcción la lubricación con aceite no es posible, o no serequiere una función de enfriamiento, casi siempre se emplean grasas. Una grasa es un aceite tratado con un espesante que actúa como una esponja (sometido a presión libera el líquido). Por acción del espesante la pelicula lubricante de una grasa siempre es más gruesa que la del aceite base solo. El tipo de espesante y su cantidad porecentual respecto del aceite determinan la consistencia NLGI de la grasa. Es importante tener en cuenta que las grasas se hacen líquidas al sobre pasar el punto de goteo. No es recomendable aplicar una grasa nueva sin limpiar el lubricante anterior por la posible incompatibilidad de los espesantes o de los aceites base.

POLVOS (lubricantes sólidos)

Los lubricantes sólidos son sustancias que por su estructura y sus propiedades físicoquímicas forman, solas o combinadas con otras sustancias, películas deslizantes y de separación sobre superficies metálicas.
Estas películas son tan finas que no hace falta modificar tolerancias en construcciones mecánicas.
Los lubricantes sólidos se usan como polvo seco en partículas micro finas. Las mejores propiedades lubricantes se consiguen con el MoS2 (disulfuro de molibdeno). La estructura laminar y su adhesión al metal proveen coeficientes de fricción extremadamente bajos y una gran protección contra el desgaste.
En altas concentraciones los lubricantes sólidos forman películas deslizantes primarias y a bajas concentraciones peliculas deslizantes secundarias. Ambas evitan el desgaste extremo en las fases  críticas de rozamiento límite y mixto.

LACAS

Las lacas deslizantes o revestimientos antifricción describen a los lubricantes sólidos incorporados en una matriz tipo laca, de aglutinantes orgánicos o inorgánicos.
Para una que estas se adhieran fuertemente las superficies deben tratarse previamente (y el desengrase es la operación primordial y fundamental para el éxito con estos lubricantes). El revestimiento se realiza por inmersión, rociado o pintado. Luego existe un periodo de secado y asentamiento, y finalmente el curado que hará que la laca sea resistente a altas presiones, temperaturas y abrasión. Todas estos revestimientos anti fricción son resistentes a altas presiones y
temperaturas, no atraen suciedad y lubrican por periodos muy extendidos (en ocasiones: de por vida).
Obviamente el espesor de capa es mayor que si se lubrica con polvos, pero la mayor adhesividad y duración de la lubricación generalmente lo valen.

PROPIEDADES, PARTICULARIDADES, APLICACIONES E HISTORIA DEL MoS2

DISULFURO DE MOLIBDENO – OKS 110
Vamos a seleccionar este producto entre varios sólidos inorgánicos con estructura laminar para desarrollar sobre sus propiedades que lo hacen único y especial en el campo de la tribología. El grafito es conocido desde el siglo XIX fue usado como lubricante para forjado de metales con regular adhesión y problemas de carburación de herramientas en el moldeo en caliente. Su capacidad lubricante se correlaciona con su estructura molecular con fuertes enlaces carbono-carbono en cada capa y débil enlace entre capas. Como lubricante sin embargo presento elevado rozamiento y desgaste. Es muy estable térmicamente y no es afectado por la radiación. Por sobre los 450ºC con acceso de aire se transforma en CO2 gaseoso de modo que no presenta fenómenos de abrasión. El disulfuro de molibdeno se conoce hace unos 300 años cuando era utilizado por los artesanos en prensas y herramientas. Fue ampliamente usado durante la segunda guerra mundial para reducir fricción y desgaste en la maquinaria bélica.
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Luego de un procesos de purificación se obteniéne un grado con especificación estricta en diferentes granulometrías siendo su formula.

El MoS2 tiene aspecto similar al grafito pero su densidad es más del doble: 4,8g/cm3. No es conductor y es diamagnético. Es inocuo, no ataca la piel, es insoluble en agua fría o caliente y resiste ácidos excepto nítrico, agua regia, flúor y cloro. Es térmicamente estable entre -180ºC y +450ºC; +630ºC sin acceso de aire y +1340ºC en atmosfera de argón. Presenta una estructura laminar de tres capas, una central de Mo y dos laterales de S que actúan como una fuerte unión iónica, resistiendo así la rugosidad de las superficies. Las láminas de disulfuro son tan delgadas que 1600 de ellas presentan un espesor de un micrón, y su resistencia a la presión supera el límite de fluencia de los metales conocidos (30.000Kg/cm2).

El coeficiente de rozamiento disminuye con cargas crecientes. Su efecto lubricante se explica por la fuerte adhesión de los átomos de azufre a las superficies metálicas y la facilidad de deslizamiento de las laminillas. La propiedad del disulfuro de adherirse a las superficies metálicas por los desplazamientos debido a la exigencia mecánica es su mayor diferencia respecto de otros lubricantes sólidos y explica a su vez la reducción del coeficiente de rozamiento.

La oxidación en presencia de oxígeno comienza en forma notable al superarse los 400ºC obteniéndose trióxido de Molibdeno el cual actúa como protector de las capas inferiores de la película lubricante que permanece inalterable.
DISPERSION DE DISULFURO DE MOLIBDENO OKS
El asentamiento es la fase inicial de la puesta en marcha de un motor de combustión interna. No se ha podido determinar exactamente cuando se cumple dicho periodo de reducción a un mínimo de la abrasión, consumo de aceite y combustible, es decir máximo rendimiento del motor. Durante el periodo de asentamiento se producen soldaduras, engranes, y desgaste por el contacto metálico directo. La forma más efectiva para reducir el coeficiente de rozamiento, la abrasión y los daños originados durante el asentamiento es la utilización de purísimo disulfuro de molibdeno. Cuando el lubricante sólido cubre el área de contacto real, no puede producirse la soldadura en frío y las crestas de la rugosidad superficial son deformadas plásticamente.

La dispersión de disulfuro de molibdeno OKS agregado al aceite de motor da una mejor calidad de las superficies portantes y un aumento del rendimiento, mayor vida útil y mejores condiciones de servicio. Simultáneamente tratando los componentes mecánicos expuestos a rozamiento con la pasta OKS 200 al armar el motor se obtiene un aumento de potencia y una disminución de la temperatura de los gases de escape sin importar que los aros de pistón sean o no cromados, el tipo de motor ni el aceite lubricante usado.

El agregado de la dispersión de disulfuro de molibdeno OKS a un aceite para motor de combustión interna forma, durante su funcionamiento, una película deslizante sólida que protege contra el desgaste y disminuye el coeficiente de rozamiento ,dando así, una lubricación de emergencia, y evidenciando un aumento del rendimiento, economizando combustible y lubricante, facilita la puesta en marcha y se observa un funcionamiento más suave.

Protege cilindros, aros, cojinetes, árbol de levas, guías y vástagos de válvulas. Facilita el desplazamiento de los aros en las ranuras de los pistones y hermetiza el cárter contra la fuga de los gases de combustión.

Este aditivo no sedimenta ni provoca obstrucción en los filtros, mejora la lubricación y aumenta la eficiencia de los aceites.
DISPERSION DE DISULFURO CONCENTRADA OKS 300
En las últimas décadas las condiciones de servicio de los ejes traseros han incrementado su severidad. El diámetro de la corona del diferencial se ha ido reduciendo mientras la potencia y el numero de revoluciones se ha más que duplicado.

Los engranajes de automotores se han sobrecargado y por lo tanto se ha dificultado su lubricación. Más y más se han combinado la fricción rodante y deslizante dando lugar a engranajes hipoidales y sinfín y a mayores exigencias de impacto contribuyendo a una mayor exigencia en el diseño del lubricante. La carga y la velocidad provocan un mayor rozamiento en el diferencial y por consiguiente mayor temperatura que puede superar los 150ºC y aún 180ºC. La temperatura destruye los aditivos químicos EP y por lo tanto los retenes y el piñón. Se probo entonces el agregado de la dispersión concentrada de disulfuro de molibdeno OKS 300 lográndose una disminución importante de la temperatura (48ºC),a la vez que disminuye el ruido un 30%, obteniendo un perfecto estado de piñón y corona.

Iguales resultados se han logrado en las cajas de cambio sincronizadas sin afectar en absoluto su funcionamiento.
GRASAS CON DISULFURO OKS 400 / OKS 410
Se ha comprobado la disminución dramática del desgaste en las partes del chasis lubricadas con OKS 400 lo que condujo a la investigación de la disminución de la frecuencia de lubricación y por lo tanto del mantenimiento por la lubricación larga vida incorporando polvo de disulfuro de molibdeno (OKS 110) a componentes de hierro sinterizado.

En la tracción delantera las bolas y las pistas de las juntas homocinéticas son tratadas con la laca OKS 511 antes del montaje, y luego se lubrica el conjunto y las uniones universales con OKS 400.
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