Universidad nacional de ingeniería(UNI-RUPAP)

IMPORTANCIA DE LA TEMPERATURA PARA MANTENER EL ESPESOR DE PELÍCULA PARA LOS DIFERENTES SISTEMAS DE LUBRICACIÓN

INTEGRANTES: Frederich Alexander’s Ñurinda Cano. Elyen Eliezer Aragón Chávez. Álvaro José cruz Bendaña. Leymon Aarón Montiel Rivera. Luisa Amanda Hernández Álvarez

DOCENTE: Rodolfo A. Guerrero

GRUPO: 4MI-MEC

FECHA: miércoles 15 de enero de 2014.

INTRODUCCIÓN

Durante el presente trabajo se pretende abordar la importancia que tiene la temperatura en los diferentes tipos de lubricación que existen, pero para esto se tienen que conocer diversos factores que se tendrán en cuenta para poder desarrollar esta temática.

El propósito de la lubricación es la separación de dos superficies con deslizamiento relativo entre sí de tal manera que no se produzca daño en ellas: se intenta con ello que el proceso de deslizamiento sea con el rozamiento más pequeño posible. Para conseguir esto se intenta, siempre que sea posible, que haya una película de lubricante de espesor suficiente entre las dos superficies en contacto para evitar el desgaste. La lubricación de los elementos de máquinas se pueden distinguir diferentes regímenes de lubricación en dependencia de: la carga normal a las superficies, la velocidad de deslizamiento entre los cuerpos, la microgeometría superficial, las propiedades de los lubricantes utilizados y la forma geométrica de los cuerpos en contacto.

Al finalizar el desarrollo del tema se conocerá la importancia que influye la temperatura en los diversos tipos de lubricación y con esto poseer diversos conocimientos que ayudarán a aclarar los principios en que funcionan los elementos de máquinas y los desgastes que sufren por un cambio en la temperatura que afecta o varia la capa límite de aceite que poseen para no entran en contacto directo dos piezas; y por ende culminar con lo establecido de la clase de tribología impartida por el docente encargado.

OBJETIVOS

Objetivo general:

Explicar la importancia o influencia que tiene la temperatura para mantener el espesor de la película mínima de los diferentes tipos de lubricación.

Objetivos específicos:

1. Conocer los diferentes tipos de lubricación.2. Identificar los parámetros que limitan los procesos de lubricación.3. Definir el concepto de cada tipo de lubricante.

Tipos de lubricación

1. Lubricación limite2. Lubricación mixta3. Lubricación elastohidroestatica4. Lubricación hidrodinámica

Lubricación mixta y límite

En la lubricación elastohidrodinamica, el espesor mínima de película depende de la

Viscosidad Velocidad Presión

Si aumenta la presión la película disminuye y se produce contacto Metal-Metal debido a las rugosidades esta situación da lugar a la Lubricación Mixta, la cual se le denomina

λ=Espesor minimode la peliculaRugosidad de las superficies

Se tiene que para “λ” comprendido entre un rango de 1-3.5, el régimen de lubricación es mixto y que para “λ” menor que 1, toda la carga la soportan los elementos. No existe película y por ende se tendrá una lubricación del tipo límite. Para un valor de “λ” igual a 2, el desgaste afecta solo a las rugosidades, lo que constituye un desgaste perfectamente admisible.

En el caso de lubricación límite, la importancia de la viscosidad disminuye, pero aumenta mucho la importancia de la untuosidad. De igual manera adquiere importancia la composición química de las piezas en contacto.

Las capas absorbidas físicamente son de baja resistencia a la temperatura y el calor producto de la fricción provoca una desabsorción eliminando el papel positivo de estas capas límites. Su mayor intensidad se logra a la distancia de 3-5 °A.; a la distancia de 10 °A esta interacción prácticamente no existe. La lubricación límite dependiente de la adsorción física es adecuada para condiciones de explotación ligeras o sea bajas cargas y velocidades.

La misión del lubricante en el caso de lubricación límite sigue siendo la de reducir el contacto solido-solido, mediante el esfuerzo de cortadura en el seno del mismo. Esto lo podemos conseguir con:

1. Moléculas largas con grupo polar

2. Alta adherencia3. Punto de vaporización alto

Para el tipo de lubricación límite tenemos los siguientes parámetros:

La película de lubricante es tan fina que existe un contacto parcial metal-metal. La acción resultante no se explica por la hidrodinámica.

Puede pasarse de lubricación hidrodinámica a límite por caída de la velocidad, aumento de la carga o disminución del caudal de aceite.

En este tipo de lubricación (de película delgada, imperfecta o parcial) más que la viscosidad del lubricante es más importante la composición química.

• Lubricación mixta.

El tipo de contacto hertziano caracterizado por la coexistencia de una película de lubricación elastohidrodinamica y rugosidades superficiales interactuando entre si se denomina como régimen de lubricación elastohidrodinamica parcial o régimen de lubricación mixto; 198 Lubricación de elementos de máquinas. Característico de los elementos de máquinas sometidos a grandes cargas y velocidades medias y lentas.

El carácter de la fricción entre las dos superficies es dependiente del grado de interacción de las asperezas .La variación del coeficiente de fricción con la velocidad de deslizamiento en el caso del contacto de las asperezas obedece a la ley de Coulomb para la lubricación limite ósea ( fa ) es esencialmente independiente de la variación de la velocidad (Fig.5.15) para una temperatura superficial constante. En contraste el coeficiente de fricción para la película hidrodinámica es función de la velocidad de deslizamiento y muestra un crecimiento lineal para bajas velocidades de deslizamiento hasta u n pico y luego una disminución de ( / n ) para altas velocidades de deslizamiento.

Lubricación Elastohidrodinamica

Tener cargas elevadas en los contactos se tiene:

Aumento de viscosidad en el aceite En las uniones tribológicas sometidas a altas presiones nominales o de Hertz (p = 300 MPa.) la aplicación de la teoría clásica de la lubricación hidrodinámica es inadecuada debido a dos problemas fundamentales:

1. la variación de la viscosidad con la presión y la temperatura.2. las deformaciones elásticas apreciables de las capas superficiales de los cuerpos en

contacto

Esta se genera en los contactos altamente cargados, los cuales pueden ser:

Lineales (engranajes) Puntales(rodamiento de bolas) Por otra parte como consecuencia de Deformaciones elásticas en los cuerpos.

Dado que la viscosidad aumenta debido a la alta presión, la distribución de presión aumenta, con lo que también lo hace la capacidad de carga. Para cuantificar la teoría de la lubricación elastohidrodinamica, es necesario conjugar las siguientes ecuaciones:

Ecuación de la viscosidad en función de la presión Ecuación diferencial de Reynolds. Ecuación de deformación elásticas de los cuerpos

Lubricación hidrodinámica

La lubricación hidrodinámica se tiene cuando al girar el eje este arrastra el aceite creando zonas de sobrepresión y de depresión. Llegando un determinado momento, se crea una cuya hidrodinámica a presión que mantiene separado los dos cuerpos sin ningún aporte de presión exterior. Esta formación de esta cuña depende fundamentalmente de los siguientes factores:

Viscosidad del lubricante Huelgo radial entre los dos elementos. Carga radial del eje

Fig. 5.14

Efecto de la temperatura en el espesor de la película para los diferentes sistemas de lubricación

En termodinámica la temperatura y la cantidad de movimiento de las moléculas se consideran equivalentes. Cuando aumenta la temperatura de cualquier sustancia (especialmente en líquidos y gases) sus moléculas adquieren mayor movilidad y su cohesión disminuye, al igual que disminuye la acción de las fuerzas intermoleculares

Por ello, la viscosidad varía con la temperatura, aumentando cuando baja la temperatura y disminuyendo cuando se incrementa.

Fig.5.14.- Esquema de la lubricación hidrodinámica (a) y de la lubricación elastohidrodinamica (b).

Los primeros trabajos sobre la lubricación elastohidrodinamica no consideran la variación de la viscosidad del lubricante con el incremento de la temperatura producto del calor generado debido a la fricción; durante su tránsito en el contacto de los dos cuerpos; ni la influencia del acabado superficial, estas teorías se conocen como "teorías isotérmicas de la lubricación elastohidrodinamica" en la actualidad se desarrollan teorías que toman en consideración la variación de la viscosidad y del acabado superficial a través de coeficientes modificadores de la expresiones de la teorías isotérmicas de la lubricación E.H.D. Antes de discutir las sol Fig.5.14.- Esquema de la lubricación hidrodinámica (a) y de la lubricación elastohidrodinamica (b).

Los primeros trabajos sobre la lubricación elastohidrodinamica no consideran la variación de la viscosidad del lubricante con el incremento de la temperatura producto del calor generado debido a la fricción; durante su tránsito en el contacto de los dos cuerpos; ni la influencia del acabado superficial, estas teorías se conocen como "teorías isotérmicas de la lubricación elastohidrodinamica" en la actualidad se desarrollan teorías que toman en consideración la variación de la viscosidad y del acabado superficial a través de coeficientes modificadores de la expresiones de la teorías isotérmicas de la lubricación E.H.D. Antes de discutir las soluciones matemáticas de este problema, se tratara de analizarlo físicamente con mayor detalle. Considerando el esquema mostrado en la Fig.5.14 (b) se ha representado con líneas de puntos la distribución de la presión de Hertz y con línea continua la distribución real, obtenida a partir de numerosas investigaciones.

En la zona central del contacto (Fig.5.14 b) las paredes del huelgo se mantienen paralelas por la presión de la película del lubricante. Para que esto sea posible, es necesario que la presión hidrodinámica en la zona de entrada sea menor que la hertziana. En la zona del huelgo con paredes paralelas, el gasto volumétrico por unidad de anchura es casi constante. En la salida, la presión de Hertz cae bruscamente y la viscosidad disminuye en varios órdenes de magnitud, hasta un valor a presión atmosférica. En esta situación, la condición

de continuidad del flujo obliga a un estrechamiento del perfil de la película, reduciéndose el huelgo de h 0 en la zona central (hmin ) en la zona de salida.

Efecto de la temperatura en el espesor de película.

Todas las fórmulas analizadas hasta el momento se pueden aplicar en el caso de fricción de rodadura + deslizamiento si la velocidad de deslizamiento no produce un calentamiento del lubricante.

Para tomar en consideración el efecto de la temperatura se introduce el concepto del coeficiente térmico "C" que es la relación que existe entre el espesor de película real o térmico y el espesor isotérmico.

Para grandes velocidades y lubricantes con alta viscosidad L > 0.1 el calentamiento a la entrada lleva a una disminución considerable del espesor de película. Por eso es aconsejable que siempre se calcule L y se analice la necesidad de introducir el coeficiente térmico. Se considera que la viscosidad permanece a una de las propiedades de la lubricación por eso desarrollaremos el efecto que tiene la temperatura sobre la viscosidad.

Efecto de la temperatura en la viscosidad:

1. La viscosidad disminuye con la temperatura. Se utiliza el índice de viscosidad (VI) y se compara con aceites de susceptibilidades térmicas muy pequeñas y muy grandes.

2. Para determinar el índice VI de un aceite se sigue el procedimiento de la figura. Se toman aceites con VI=0 y VI=100 que tengan la misma viscosidad a 100ºC que el aceite problema.

Como hemos visto Newton comprobó experimentalmente que la fuerza que había que ejercer para desplazar una de las caras de una película de aceite respecto a la de otra capa, es siempre directamente proporcional a la separación existente entre ambas superficies. En cualquier caso, al tratar de expresar matemáticamente dicha razón de proporcionalidad, hay que constar con un factor que depende de la naturaleza de cada líquido ensayado . Esta propiedad es lo que se conoce como Viscosidad Dinámica, la cual depende de la temperatura del fluido siguiendo la LEY DE NEWTON del rozamiento fluido.

Relación de la viscosidad con la temperatura

La influencia de la temperatura en la viscosidad, es diferente para los líquidos que para los gases. Mientras que un aumento de temperatura en un líquido provoca una disminución de la viscosidad y por ende una variación en el espesor de película mínima, esto se debe a que crece el movimiento de las moléculas y se produce un mayor número de choques entre ellas.

La variación de la viscosidad con la temperatura en los líquidos corresponde a ecuaciones del tipo:

logn=A+ BT+C

En donde: A, B, C son constantes de cada líquido y T es la temperatura.

En la práctica muchas veces se representa el comportamiento de un líquido (más concretamente de un aceite) en escala bilogaritmica:

En la figura se puede comprobar que esta formulación permita determinar la viscosidad de un aceite a cualquier temperatura, con solo conocer la misma a dos temperaturas, ya que la relación es lineal.

CONCLUSIÓN

Con la culminación del presente trabajo se demostró la importancia que tiene la temperatura en el espesor de película en los diferentes tipos de sistemas de lubricación entre los cuales se dieron a conocer cuatro tipos de sistemas.

1. Lubricación limite2. Lubricación mixta3. Lubricación elastohidrodinamica4. Lubricación dinámica

A hora bien se pudo identificar los diferentes parámetros que limitan el proceso de lubricación esto para cada uno de los sistemas, Para esto era necesario conocer cada tipo de lubricación, para lo cual se tuvo que definir.

Se pudo demostrar todos los objetivos planteados habiendo constatado que el desarrollo de dicho trabajo nos ayudo en gran manera a conocer y poder identificar los diferentes tipos de lubricación, para luego implementar este conocimiento en la industria referida a este tema.

Se le agradece al docente por el tiempo impartido, ya que con su ayuda somos capaces de poder obtener experiencias de aprendizaje que serán de mucha ayuda.

Bibliografía

-TRIBOLOGIA:Fricción, Desgaste y Lubricación.Autor: Dr. Emilio Augusto Álvarez García.Santa clara, Cuba, PAG. 194-203

-WWW. Wikipedia .com

-Fricción y desgaste en elementos circulares empleados en pasadoresIngeniería Mecánica. Vol. 12. No.2, mayo-agosto de 2009, pág. 49-58 ISSN 1815-594449.

- WWW. Tipos de lubricación.com