FUNDAMENTOS DE TRIBOLOGAFUNDAMENTOS DE TRIBOLOGA:

Tribologa: Ciencia que estudia la relacin entre el desgaste, la friccin y la lubricacin.

INTRODUCININTRODUCIN

El desgaste es conocido desde que el ser humano comenz a utilizar elementos naturales que le servan como utensilios domsticos, incluso est presente en la naturaleza. Este fenmeno al igual que la corrosin y la fatiga, es una de las formas ms importantes de degradacin de piezas, elementos mecnicos y equipos industriales

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Desgaste - Erosin en arrecifes

Ocasionada por movimiento del aguadel mar y arena en suspensin

La friccin y el desgaste hacen parte de la naturaleza

Friccin - Para hacer fuego

La friccin y el desgaste hacen parte de la cultura humana

Desgaste - Procesos de Fabricacin

los Procesos tradicionales se derivan de desarollos pr - histricos...an estn en pleno

uso!

los Procesos tradicionales se derivan de desarollos pr - histricos...an estn en pleno

uso!

MaquinadomodernoMaquinadomoderno

Taladrado primitivode utenslios

Taladrado primitivode utenslios

La friccin y el desgaste hacen parte de la cultura humana

http://www.msd-brazil.com/msd43/m_manual/mm_sec5_46.htm

Lubricacin

http://www.msd-brazil.com/msd43/m_manual/mm_sec5_46.htm

2. FACTORES QUE FAVORECEN ELDESGASTE DE PIEZAS MECNICAS

-- Mal diseo de elementos mecnicosMal diseo de elementos mecnicos

-- Utilizacin de materiales no adecuadosUtilizacin de materiales no adecuados

-- Poca o ninguna utilizacin de lubricantes Poca o ninguna utilizacin de lubricantes adecuadosadecuados

-- Desconocimiento del fenmenoDesconocimiento del fenmeno

-- Desconocimiento de las condiciones del Desconocimiento de las condiciones del lugar de trabajolugar de trabajo

Historia:Historia:

Edad de la Piedra Pulida, involucra la importancia del empleo del desgaste (pulimento) en la conformacin de instrumentos y herramientas.

La utilizacin de instrumentos asociada al desgaste, llev a la designacin de este como usura derivada de la expresin inglesa wear o francesa usure.

Quiz fue la observacin de como el propio cuerpo reaccionaba ante la accin de los abrasivos o al deslizamiento de las armas y utensilios contra las manos, que el hombre comenz a entender como combatir el desgaste

Leonardo DaVinci en el renacimiento (siglo XV), analiz rodamientos, inicindose as una lenta formalizacin de los conceptos de desgaste.

En 1966 un estudio econmico en Inglaterra mostr las prdidas por friccin y desgaste. Este hecho hizo que el gobierno ingls decidiera estimular el estudio de lo que convencionalmente se llam Tribologa.

El mismo hecho ocurri casi que simultneamente en Alemania y en los Estados Unidos, en funcin de las prdidas por desgaste, que alcanzaron valores de 3 al 6 % de los productos internos brutos de esos pases.

Bajo la ptica de la ingeniera, la tribologa cobra importanciadebido a:

Las cargas impuestas a los componentes mecnicos.

La disminucin constante de las tolerancias permitidas en los procesos de fabricacin y

Las crecientes restricciones en cuanto a la emisin de contaminantes

Acadmicamente, el estudio del desgaste y la friccin constituyen uno de los ltimos aspectos de la mecnica clsica

Tpicos sobre los cuales centros de investigacin especializadosTpicos sobre los cuales centros de investigacin especializadoshan adelantado o debera adelantar estudios serios.han adelantado o debera adelantar estudios serios.

1.Trasferencia de tecnologa2.Tratamiento y recubrimientos superficiales3.Desgaste metlico4.Efectos trmicos5.Lubricacin lmite6.Lubricacin elastohidrodinmica7.Friccin8.Mecnica de contacto9.Desgaste abrasivo10.Desgaste en polmeros11.Motores reciprocantes12.Cermicos13.Aditivos14.Desgaste erosivo y erosivo-corrosivo15.Desgaste por cavitacin y cavitacin-erosin

1.Cojinetes de deslizamiento2.Desgaste metlico3.Aditivos en lubricantes4.Polmeros5.Lubricacin elastohidrodinmica6.Friccin7.Mecnica de contacto8.Transferencia de tecnologa9. Anillos de pistn10.Tratamientos y recubrimientos superficiales11.Diseo de cojinetes12.Desgaste abrasivo

Tpicos a investigar en el futuroTpicos Investigados

Generalidades sobre superficies slidasGeneralidades sobre superficies slidas

Las interfaces slido-lquido o slido-vapor presentan estructura y caractersticas complejas en dependencia de:

- La naturaleza de los slidos

- Del mtodo de preparacin superficial y

- De la interaccin entre la superficie y el ambiente de trabajo.

Las caractersticas superficiales afectan el rea de contacto verdadera, la friccin, el desgaste y la lubricacin.

Las superficies cumplen funciones como:

Tribolgicas, de desempeo ptico, elctrico y trmico, as como dar la esttica de la parte y de su facilidad para ser pintada.

TEXTURA TEXTURA SUPERFICIALSUPERFICIAL

MECNICA DE CONTACTOMECNICA DE CONTACTO

Contacto macroscpico.

Estudia la relacin entre la carga aplicada y la deformacin ocasionada en los cuerpos.

El contacto macroscpico admite que las superficies en contacto son lisas.

La friccin y el desgaste entre dos superficies slidas en contacto y sin lubricacin, dependen de cmo las irregularidades superficiales se deforman (elstica, elasto-plstica o plstica, en dependencia de la fuerza aplicada.

Contacto entre una esfera y un plano.Contacto entre una esfera y un plano.

31

N

ERF

11.1a

31

2

2.38.0

REFP Nmx

max = 0.31 FNmax

'.2

1.2

21 CaFN

mxt

21

4.

8

3'

C

rea real y rea aparente de contacto

Se presentan dos condiciones

1. contacto esttico y

2. Contacto deslizante

Contacto esttico Contacto con deslizamiento

n

1iir AA

Ar: rea real d contacto y Ai: rea de cada punto individual

y

Nr P

FA FN: Fuerza

normal y Py: Presin de fluencia

yr

PA

P: Fuerza normal

y Py: Presin de fluencia

2

N

T

y

N*r F

F1C1

PF

A

2

N

T1r

*r F

FC1AA

y

y

2

N

T

r*r

P

P1

FF

1C1

AA

Ar*:rea real en deslizamiento, Ar: rea real esttica, Py: cambio en la presin de fluencia debido a endurecimiento -Py en ablandamiento, C1~10

La ASTM G40/93ASTM G40/93 define la fuerza de friccin y el coeficiente de friccin de la siguiente manera.

La fuerza de friccinLa fuerza de friccin es la fuerza tangencial resistente que acta en la interface de dos cuerpos y es la resultante de la accin de una fuerza externa aplicada a un cuerpo que se mueve o tiende a moverse sobre otro.

El coeficiente de friccinEl coeficiente de friccin es la razn entre la fuerza tangencial (Ff), resistente al movimiento entre dos cuerpos y la fuerza normal N aplicada a estos cuerpos.

NF f

Friccin esPropriedad

del sistema

CONTROL DE LA FRICCIN ESTTICA

CAUSAS ESTRATGIAS

causas y posibles estratgias

Qumica (adhesin)formacin de uniones entre las superfcies

MecnicaPenetracin de asperezas duras en un contra-cuerpo de menor dureza

Compatibilidad deLubricacin RugosidadTemperatura

dureza Rugosidad del cuerpo de mayor HRecubrimientos presin de contacto

Tipos de desgasteTipos de desgasteErosin AbrasinAbrasin Deslizamiento

Corrosin Cavitacin

Sistematizacin de procedimientos,

Automatizacin de los clculos,

Valoracin de la forma y del contenido,

Cambio de concepto; yendo de lo determinstico para lo probabilstico,

Optimizacin entre los materiales y el medio ambiente; teniendo en cuenta su procesamiento, funcionalidad, esttica, intercambiabilidad, confiabilidad de su vida de servicio,

Reciclaje de los materiales al final de su vida, etc.

Tambin las micromquinas y microensayos estn impulsando la ingeniera buscando desarrollos ms eficaces y eficientes.

TIPOS DE DESGASTE

Razones que impulsan el conocimiento de los diferentes tipos de desgaste

1. DESGASTE POR FATIGA DE CONTACTO (FC)1. DESGASTE POR FATIGA DE CONTACTO (FC)

Tipo de desgaste importante en el caso de piezas que trabajan tericamente en rotacin pura (se ha controlado en forma eficiente cualquier pequeo deslizamiento).

Este tipo de desgaste es comn en dientes de engranajes, sistemas biela seguidor y cojinetes de rodamiento

FATIGA DE CONTACTO EN UN SISTEMA RUEDA RIEL

El mecanismo principal de falla es la aparicin y propagacin de grietas despus que las superfcies han almacenado una determinada deformacin plstica.

Contacto por rodadura elstico: (a) contacto elstico; (b) Esfuerzo de tensin que acta en la punta de una grieta; (c) propagacin de la grieta; y (d) generacin de la partcula de desgaste.

Desgaste adhesivoDesgaste adhesivoLa adhesin esta asociada a toda formacin y posterior rompimiento de enlaces adhesivos entre las interfaces, cuando dos superficies son colocadas contacto ntimo. La adhesin conlleva adems al soldado en fro de las superficies.

DESGASTE POR CAVITACIN

Frecuentemente encontrado en equipos hidrulicos. Este tipo de desgaste es un problema serio que genera grandes dificultades en la manutencin de equipos hidrulicos

DESGASTE EROSIVO

Definicin Definicin generalgeneral:: dao provocado en una superficie por impactos re