ENSAYO DE TRIBOLOGÍA

Este término viene del griego “tribos” que significa rozamiento o frotamiento y “logos” estudio. La ciencia que estudia el rozamiento. El concepto de “tribología” fue utilizado por primera vez en un informe de la Comisión del Ministerio de Educación y Ciencia de la Gran Bretaña, encabezada del científico Peter Jost como: “Ciencia y tecnología que estudia a los cuerpos que están en contacto y movimiento relativo así como los fenómenos que de ello se deriven. En consecuencia la fricción, el desgaste y la lubricación son tópicos fundamentales que sustentan esta ciencia’’ (1)

Los fenómenos tribológicos han sido estudiados durante muchos años, regularmente los resultados de amplios experimentos empíricos han encontrado inmediatas aplicaciones en la práctica, solucionando problemas específicos.

Para las condiciones de operación de la maquinaria se ha generado una necesidad importante entender los fenómenos tribológicos, teniendo en cuenta los siguientes parámetros:

Analizar el medio que rodea a los cuerpos que están en contacto y movimiento relativo se denomina “tribosistema”, el cual va a ser determinante para la respuesta que den los mismos y puede ser seco, lubricado, al alto vacío, ácido, etcétera, o la posible combinación de algunos de ellos.

La tribología es soportada por otras disciplinas del conocimiento tales como la ciencia de los materiales, ingeniería mecánica y la física. Aunque, también existen ciencias de apoyo como son mecánica de sólidos, contacto mecánico, termodinámica, matemáticas y resistencia de materiales, entre otras. El desgaste, es considerado como un fenómeno tribológico, se presenta cuando las capas superficiales de los sólidos se rompen o se desprenden de la superficies que se encuentran sometidas a una acción de carga, encontrándose en contacto y movimiento relativo, el cual puede ser unidireccional, de balanceo, deslizante o rodante, e incluso una combinación de los mismos. De igual manera que la fricción, el desgaste no es solamente una propiedad del material, es una respuesta integral del tribosistema.

CARACTERÍSTICAS DE MÁQUINA TRIBOLÓGICAS DE CUATRO BOLAS

La máquina tribológica de cuatro bolas se utiliza para determinar las propiedades de carga de un lubricante (grasa o aceite) sometido a altas cargas de ensayo. Las variables en el ensayo como son temperatura, carga normal y velocidad, permiten recrear las condiciones para aplicaciones específicas. Además de ello, los resultados experimentales obtenidos son fundamentales para el análisis de la generación y formulación de nuevos lubricantes, así como sus aditivos, con lo que se buscan mejorar las propiedades físicas en las condiciones más severas. La configuración geométrica de dicha prueba consiste, en una bola de acero normalizada a 12.7 mm (½”) de diámetro que gira con carga normal contra otras 3 bolas fijas estacionarias cubiertas con el lubricante a ser examinado, tal y como se muestra en la figura.

Las pruebas se dividen en dos clases:

No extrema presión.”NEP” donde las 4 bolas son sometidas a baja carga durante un periodo largo de tiempo, generando así marcas en los puntos de contacto con lo cual se busca caracterizar al lubricante sometido a la prueba.

Extrema presión “EP” donde las 4 bolas son sometidas durante periodos cortos de tiempo a elevadas cargas normales, incrementando secuencialmente estas últimas hasta alcanzar la ruptura de la película lubricante y originando la soldadura de las 4 bolas.

Todo instrumental de laboratorio, empleado para hacer investigación experimental, debe cumplir con ciertos requerimientos normativos, en este caso particular, se encuentran regularizados por la

American Society for Testing Materials (ASTM) y Deutsche Industrie Normen (DIN), a fin de tener una homogeneidad en los parámetros y las condiciones ambientales controladas, para que las mediciones puedan ser confiables y reproducibles. Para el caso particular de la máquina de 4 bolas, se muestran los protocolos establecidos según especificaciones de las normas mencionadas (ASTM D2596 2002, ASTM D4172, ASTM D2783 2003, ASTM D2266 2001, y DIN 51350 1996), en los que deben estar sustentados los ensayos de desgaste lubricado.

En base a lo anterior se observa que los principales parámetros operativos son:

Tiempo de duración Fuerza normal aplicada Par producto de la fricción en los puntos de contacto de las bolas La temperatura de los lubricantes sujetos a las pruebas.

FINALIDAD DEL ENSAYO

En las pruebas de extrema presión, el punto de soldadura sirve para determinar el valor de los parámetros en los cuales la película de lubricante pierde sus propiedades físicas y mecánicas, lo que permite caracterizar las propiedades mecánicas del lubricante sometido a la prueba, mientras que en las pruebas de no extrema presión, no se busca la ruptura mencionada, si no únicamente someter durante un largo periodo de prueba las bolas sumergidas en el lubricante para generar huellas de desgaste, ya que al medir el diámetro de la huella se puede comparar con la que ocasionan otros tipos de lubricantes.

Bibliografía(1) Vite Torres, M. Figueroa Guadarrama, M. A. García Bustos, E.D. Gallardo Hernández, E.A.

(2010) Desarrollo del sistema automatizado para realizar ensayos tribológicos, basado en la técnica de cuatro bolas

Materiales

Equipo Tribológico de 4 Bolas

4 Esferas en acero inoxidable

Lubricante Shell hidráulico

Aceite de ajonjolí

Nanocompuesto

Varsol

Eter de petróleo

Prensa y llaves de ajuste

Procedimiento

Observando todos los contaminantes del entorno y partículas que podrían hacer no tan confiable la prueba el primer paso que se debe llevar es hacer una limpieza total de los instrumentos que se instalaran en el equipo y de las cuatro bolas, esta limpieza se hace con dos compuestos que son el éter de petróleo y varsol que limpiaran todo rastro de aceite, se depositaran en el recipiente que tiene una geometría en la cual acoplen perfectamente las tres bolas, una vez asegurado este recipiente en la prensa de ajuste se procede agrega el aceite cubriéndolas en su totalidad, nos dirigimos al equipo Tribológico, se ubica la cuarta bola en la mordaza acolada el eje del motor y se asegura, se realiza el mismo procedimiento con el recipiente contenedor y se puede observar en la siguiente figura.

Figura # Elementos de la prueba instalados en el equipo Tribológico

Después de verificar que todas las piezas estén correctamente ubicadas y aseguradas, condición en la que la maquina opera de otro modo no se encenderá, se eleva la parte inferior donde se ubica el contenedor hasta que se haga contacto las 4 bolas, esto se hace por medio de un gato hidráulico, se procede a cerrar la puerta y se calibra la fuerza aplicar la que por medio del estándar nos dice que tiene que estar entre 58 y 7849 N “El indicador de este equipo está en kg-F”, se inicia la operación del equipo en el cual también por norma tiene una velocidad aproximada a 1770 RPM y su periodo de tiempo debe ser de 10 segundos, esto se establece en el panel de mando que se muestra en la figura siguiente.

Figura # Panel de mando de equipo tribológico

En el transcurso de los 10 segundos debemos tomar las lecturas del Amperímetro análogo puesto que serán de apoyo para calcular respectivos datos, también si en este lapso se realiza la acción de soldadura se debe apagar la máquina para que no sufra sobre esfuerzo el motor.