a.1 introducción a la tribología
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Introducción a la Tribología
Objetivos de móduloObjetivos de módulo
Entender el concepto de Tribología. Revisar el concepto de fricción. Revisar el concepto de desgaste y sus diferentes formas. Entender el concepto de lubricación y su importancia. Entender los objetivos de la lubricación.
Definición de tribologíaDefinición de tribología
Tribología
Fricción
Desgaste
Lubricación
La palabra Tribología tiene su origen del griego “tribos” que significa fricción, y se define como la ciencia y práctica de los fenómenos de fricción, desgaste y lubricación
Tribología: Tribos (Griego Fricción) + Logos (Estudio)
“Tribología es la ciencia y tecnología concerniente a superficies
interrelacionadas en movimientos relativos, incluyendo fricción, lubricación,
desgaste y erosión”.
Definición de tribologíaDefinición de tribología
Preguntas que intenta responder la Tribología
Preguntas que intenta responder la Tribología
¿Que es la fricción?
¿Que la produce?
¿Porqué se desgastan las
máquinas?
¿Qué es el desgaste? ¿Qué es un
lubricante?
¿Qué es la lubricación?
¿Cómo se selecciona un lubricante?
¿Qué elementos mecánicos requieren
lubricación?
¿Cómo se lubrica adecuadamente?
¿Qué costos se asocian a una
deficiente lubricación?
¿Como ahorrar energía, reparaciones y mano de
obra con una óptima lubricación?
¿Qué cuidados debemos tener
al aplicar un lubricante?
¿Que estrategias de
mantenimiento incrementan la confiabilidad?
La lubricación alrededor del año 2,000 AC
La lubricación, conocimiento milenarioLa lubricación, conocimiento milenario
PROBLEMA DE TRIBOLOGIA Y LUBRICACIÓN
TRIBOLOGO
• Aproximadamente una tercera parte de la energía producida por una máquina, se pierde por fenómenos de fricción y desgaste no controlados.
• La fricción y el desgaste, afectan la vida útil de las máquinas, su confiabilidad, la seguridad personal y al medio ambiente.
• En el año 2000 se estimaron en los Estados Unidos pérdidas por fricción y desgaste por:
$ 200,000,000,000.00 USD• Se estima que costo del mantenimiento Reactivo
tres veces más costoso que el mantenimiento Planeado.
Tribología, Energía y Desgaste.Tribología, Energía y Desgaste.
Todos los días en nuestras vidas transcurren cientos de procesos que son ejecutados por sistemas tribológicos, incluso en nuestro mismo organismo. El verdadero beneficio radica en aplicar de manera favorable todos los elementos disponibles que ayuden, desde un punto tribológico, a mejorar la eficiencia de los sistemas en general.
Society of Tribologists andLubrication Engineers
STLE, Sociedad de Tribólogos e Ingenieros de Lubricación
STLE, Sociedad de Tribólogos e Ingenieros de Lubricación
Factores que afectan la Vida Útil de los Equipos
Factores que afectan la Vida Útil de los Equipos
Pérdida de Utilidad
Obsolescencia(15%)
Corrosión(20%)
Fatiga
Accidentes(15%)
Degradación deSuperficies (70%)
Desgaste mecánico(50%)
AdhesiónAbrasión
Ref. Dr. E Rabinowicz, MIT
¡No existen superficies lisas en la naturaleza.........!
¡No existen superficies lisas en la naturaleza.........!
Superficies nuevas pulidas o lapeadas
Bajo el microscopio, las superficies pulidas o lapeadas, son en realidad pequeños valles y crestas
Cuando las crestas se tocan bajo alta presión, se genera fricción, calor y desgaste.
Coeficiente de FricciónCoeficiente de Fricción
Coeficiente de fricción
=Fuerza de fricción
Fuerza opuesta al movimiento ( peso)
DesgasteDesgaste
El desgaste es la pérdida de material de una o ambas caras de las superficies en contacto.
El desgaste puede llegar a ser crítico haciendo que las máquinas pierdan sus tolerancias y queden inservibles.
Un promedio del 75% de las fallas en una máquina, son debidos al desgaste de las superficies en fricción.
Para controlar el desgaste, es necesario analizar las características físico-mecánicas de los materiales, las condiciones de operación: velocidad, carga, condiciones de las superficies de fricción, la lubricación y el medio ambiente.
Condición:La superficie esta desgastada y se reducen las dimensiones internas en
comparación con otras partes. La superficie se puso áspera y anotó sobre todo.
Causa: Ingreso de partículas sólidas.
Suciedad y otras partículas extrañas al lubricante. Lubricación pobre.Solución: 1. Selección del lubricante óptimo y del sistema de lubricación2. Mejora en eficacia de sellos3. Filtración del aceite lubricante4. Eliminación del desalineación
DesgasteDesgaste
Adhesivo
Abrasivo
Corrosivo
Fatiga
Tipos de desgasteTipos de desgaste
Es indispensable identificar el tipo de desgaste con exactitud, ya que cada tipo tiene causas diferentes y las acciones correctivas deben ser diferentes.
Se debe al contacto superficial de metal – metal, provocado por alta presión superficial, el desgaste se presenta siguiendo tres pasos: Toque de asperezas Adhesión Transferencia de
material.
Se presenta generalmente en los arranques y paros de los equipos.
Carga
Partículas de desgaste
Desgaste AdhesivoDesgaste Adhesivo
Gripado - AmarreGripado - Amarre
Condición
• El cojinete genera calor y se amarra por temperatura, impidiendo su giro normal.
Causa• La disipación de calor generada
por el cojinete no es suficiente.• Lubricación pobre o lubricante
incorrecto.• Carga excesiva (o alta pre-
carga).• Error de montaje
Solución1. Mejore la disipación del calor del
cojinete2. Seleccione el lubricante
conveniente y determine el nivel óptimo de lubricante, como así también su suministro
3. Corregir desalineación
Es provocado por partículas extrañas de igual o mayor tamaño y mayor dureza, entre el juego dinámico de las superficies en contacto. Este desgaste se presenta siguiendo los siguientes mecanismos: Flujo plástico Corte de material
Carga
Flujo
Claro dinámico
Partícula demasiado grande para entrar en el
claro
Partículas interactuando con la superficie causando desgaste abrasivo
Desgaste AbrasivoDesgaste Abrasivo
Este desgaste es común en equipos donde existe alta contaminación con polvo ó con sistemas de filtración inadecuados
Causa:
Carencia de la limpieza antes y durante la operación del montaje.
Sellos ineficaces.
Lubricante contaminado por partículas gastadas.
Desgaste AbrasivoDesgaste Abrasivo
Desgaste Abrasivo – Ingreso de Partículas
Desgaste Abrasivo – Ingreso de Partículas
Ingreso de partículas sólidas
Partículas defabricación
Generadas internamente por desgaste
Ingreso del exterior
Introducidas pormantenimiento
Rebabas
Virutas del maquinado
Chispas de soldadura
Abrasivos
Arena se fundición
Limaduras
Polvo
Componentes
Desgaste mecánico
Desgaste corrosivo
Cavitación
Rebaba de
asentamiento
Fibras de mangueras
Fibras de filtros
Ingreso por los sellos
Ingreso por
respiradores
Partículas del proceso
Hollín
Cenizas
Reparaciones
Filtros nuevos
Lubricantes nuevos
Mangueras sucias
Refacciones sucias
Contenedores de
relleno
Desgaste CorrosivoDesgaste Corrosivo
Fe + H2SO4 (sol.) === FeSO4 + H2
Película corrosiva
Capa acumulada de producto corrosivo
El desgaste corrosivo surge por procesos de ataque químico en las caras de los sólidos en contacto. Estos contaminantes atacan las superficies metálicas causando desprendimiento de material y pequeñas grietas que disminuyen la resistencia a la carga, y aceleran la fatiga normal de la pieza.
Manchas de corrosión debidas a
la humedad.
Presencia de herrumbre por
exposición al agua.
Desgaste CorrosivoDesgaste Corrosivo
CorrosiónCorrosión
La herrumbre se formará si el agua o agentes corrosivos hace contacto directo con las superficies del rodamiento en tales cantidades que el lubricante no puede proporcionar la protección adecuada. Este proceso rápidamente conducirá a la formación de herrumbre profunda, y por lo tanto a más contaminación por partículas de oxido.
• Las sales que están presentes en el agua constituyen, junto con el agua, un electrolito que cause corrosión galvánica, conocidos como ataque corrosivo del agua.
• El agua salada, tal como el agua de mar, es por lo tanto altamente peligrosa a los cojinetes.
CorrosiónCorrosión
La fatiga de un material es un fenómeno natural.
Es consecuencia de varios elementos en conjunto.
La falla por fatiga ocurre sin previo aviso, y se puede estimar el lapso en que esta ocurrirá.
Un falla por fatiga puede ser acelerada también por:
• Un esfuerzo de tensión demasiado grande.
• Una variación de gran amplitud.
• Un número de ciclos de carga sumamente
elevados.
FatigaFatiga
Fatiga SuperficialFatiga Superficial
Superficie con daños provocados por fatiga normal
Superficie con daños provocados por sobrecarga con aparición de grietas por debajo de la superficie
Otros tipos de desgasteOtros tipos de desgaste
Erosivo.- Es causado por un fluido a alta presión con partículas sólidas en suspensión, las que al impactar la superficie, arrancan el material de ellas, debido al momentum de las partículas.
Cavitación.- Se debe al estallamiento de las burbujas de vapor de un fluido contra una superficie, provocando presiones puntuales muy altas que causan picaduras superficiales.
Descarga Eléctrica.- Es consecuencia del paso de corriente eléctrica a través de los elementos de una máquina, cuando existen tomas de tierra defectuosas, o por corrientes parásitas no deseadas en equipos rotatorios.
Sistema Tribo-Termo-DinámicoSistema Tribo-Termo-Dinámico
TRIBOSISTEMA
(TTD)
TIPO Y ESTRATEGIA DE MANTENIMIENTO:ReactivoPreventivoPredictivoProactivo
DISEÑOING. DE MATERIALES YSUPERFICIES
Requerimientos y condiciones de operación:
• Vida útil.• Alto grado de confiabilidad.• Temperaturas extremas.• Ambiente contaminado (polvo, humedad, etc.).• Ecológico.• Bajos niveles de vibración y ruido.• Bajos consumos de energía.• Etc., etc.
ING. DE LUBRICACIÓN- LUBRICANTE- SISTEMA- MONITOREO
¿Que hacer, para reducir y controlar la fricción y el desgaste?
LubricaciónLubricación
Lubricación InadecuadaLubricación Inadecuada
Los desgastes adhesivos, abrasivos y corrosivos; son todos generalmente el resultado directo de una lubricación inadecuada, o el resultando del uso de lubricante degradado o contaminado.
Teoría de la lubricaciónTeoría de la lubricación
El lubricante se adhiere en las superficies, al moverse éstas se crea una película en forma de cuña, creando una presión con suficiente intensidad para separar las superficies y soportar las cargas sobre las mismas.
Velocidad
Presión Presión
Presión hidrodinámica
Lubricante
La teoría de la lubricación hidrodinámica esta basada en los experimentos y estudios de Beauchamt Tower en Inglaterra en (1880) y por Osborne Reynolds (1886) al aplicar los principios en la mecánica de fluidos, establecen la teoría de la lubricación hidrodinámica.
Objetivos de la lubricación Objetivos de la lubricación
Disminuir la fricción Reducir el desgaste Evacuar el calor generado Sellar Evacuar impurezas de tipo orgánico ó metálico Prevenir la corrosión Transmitir potencia
Todo lo anterior se concreta en un solo concepto:
“Incrementar el tiempo de vida útil de la máquina y elementos mecánicos”
ResumenResumen
Tribología: ciencia del estudio de la fricción, desgaste y lubricación.Fricción: fuerza que se opone al movimientoDesgaste: pérdida de material debida al fricción.Existen diferentes tipos de fricción, que generan diversos tipos de desgaste.Cada tipo de fricción y desgaste requiere de un control específico.Lubricación: medio para reducir la fricción y el desgaste.Existen diversos tipos de lubricación: hidrodinámica, EHD, Capa límite, Mixta e Hidrostática.Cada tipo de lubricación requiere de un lubricante con propiedades particulares.
¿¿¿ Preguntas ???¿¿¿ Preguntas ???
Conclusiones del Tema - Aprendizaje ClaveConclusiones del Tema - Aprendizaje Clave
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