Investigacion en Tribologia en el Instituto Tecnologico de Oaxaca
TRIBOLOGIA
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ASIGNATURA: MANTENIMIENTO MECNICO
FRICCION
tribologa
DESGASTE
LUBRICACION
Definicin Tipos de friccin Estados de friccin Factores que condicionan la friccin
Formas de reducir la friccin
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1. Friccin de deslizamiento: Se presentan durante el movimiento relativo tangencial de los elementos slidos de un sistema tribolgico. 2. Friccin de rodamiento: Se presentan durante el movimiento relativo de rodadura entre los elementos slidos de un sistema tribolgico. 3. Friccin de rotacin: Se presentan durante el movimiento relativo de rotacin entre los elementos slidos de un sistema tribolgico.
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Friccin METAL-METAL
Friccin HidrodinmicaFriccin Hidrosttica Friccin gaseosa Friccin mixta
Friccin pura Friccin solida Friccin fluida
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Tiene lugar en un elemento lubricado como consecuencia del rompimiento de la pelcula lmite o por agotamiento de los aditivos anti desgaste el lubricante. Leyes de la friccin metal-metal por deslizamiento
Es directamente proporcional al peso del elemento que desliza o rueda. No depende de la velocidad de deslizamiento. Vara segn la naturaleza de los materiales y del acabado superficial.Leyes de la friccin metal-metal por rodadura -Vara con la carga. -Es inversamente proporcional al dimetro del elemento rodante. -Es menor para superficies pulidas que para superficies rugosas
Friccin Pura: El sistema tribolgico est constituido por dos elementos que corresponden a los materiales base. El coeficiente de friccin vara entre 0.80 a 10 y masFriccin slida: El sistema tribolgico est constituido por tres elementos que presentan caractersticas de cuerpo slidos. Durante la friccin slida el tercer elemento est presente en forma de capas de un compuesto adheridas al metal base. El coeficiente de friccin vara en el rango de 0,2 a 0,8. Friccin fluida: La obtencin de la friccin fluida est condicionada a la existencia de un lubricante lquido que separa las superficies de los elementos slidos
Friccin hidrodinmica: Estado de friccin en el cual las condiciones hidrodinmicas se logran a travs del movimiento relativo del par friccionante, cuando se encuentra sometido a determinadas condiciones de velocidad y carga.
Friccin hidrosttica: Es un estado de friccin que se presenta en aquellos mecanismos que giran a bajas velocidades y que soportan altas cargas y donde, para formar la pelcula hidrodinmica, es necesario inyectar aceite a presin antes y durante el movimiento del mecanismo.
Friccin gaseosa es la que utiliza el aire como elemento gaseoso y ste separa las superficies de los elementos slidos.
Friccin mixta: formada por los estados de friccin slida y fluida se encuentra ampliamente difundida en la prctica industrial, sobre todo en aquellas uniones tribotcnicas que se caracterizan por bajas velocidades y grandes cargas. La magnitud del coeficiente de friccin mixta vara entre 0,05 y 0,02.
carga, naturaleza de los materiales, acabado superficial, tolerancia
Carga:A media que aumenta la carga, aumenta la friccin y viceversa
Naturaleza de los materialesDepende tambin de la naturaleza de los materiales, ya que no todos tienen el mismo coeficiente de rozamiento y adems hay que destacar que existen materiales que son auto lubricantes
Acabado superficialpuesto que si se tienen dos caras en contacto, las cuales no estn completamente planas, producir ms friccin que dos caras que estn completamente planas.
ToleranciaMayor distancia o separacin entre las dos superficies menor ser el contacto y menor ser la friccinVolver a friccin
Carga: Acabado superficial Tolerancia
Disminuir la carga Mejor acabado superficial Aumentar la tolerancia
Lubricacin Una de las tcnicas mas empleadas para reducir la friccin, es el uso de lubricantesVolver a friccin
DefinicinProceso de desgaste de un equipo
Perdida progresiva del material
Tipos de desgaste
Problemas ocasionados por el desgaste
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Desgaste por fatiga Desgaste Abrasivo Desgaste por corrosin Desgaste por erosin Desgaste por cavitacion
Desgaste adhesivo Desgaste por corrientes elctricas Desgaste Fretting Desgaste de impacto
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Se presenta como consecuencia de:esfuerzos cclicos de tensin esfuerzos cclicos de compresin esfuerzos cortantes Superficie Grietas profundas de fatiga, picaduras escamas
Causas: Es inevitable con el tiempo Se puede incrementar con la presencia de partculas del mismo tamao o ligeramente mas grandes que el juego dinmico y que no se adhiere a ninguna superficie en movimiento Soluciones Un proceso tribolgico positivo Mantener el aceite limpioVolver a tipos de desgaste
Es el resultado de la presencia de partculas extraas de igual o mayor dureza entre las superficies en movimiento relativo. Las partculas abrasivas se incrustan actuando como una herramienta de corte removiendo el material de la otra superficie.Causas:
Problemas de filtracin Presencia de partculas solidas de igual o mayor tamao al juego dinmico. Presencia de partculas solidas de menor tamao al juego dinmico con incremento de la carga. Las partculas solidas provienen de algn otro tipo de desgaste o del medio ambiente.
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TIPOS DE ABRASION
ABRASION DEFORMANTE (DEFORMACION PLASTICA)
ABRASION CORTANTE (ARRANQUE DE VIRUTAS)
VOLVER A DESGASTE ABRASIVO
Volver a desgaste corrosivo
Es el deterioro lento y progresivo de las superficies metlicas al estar presente sustancias acidas que afectan la metalurgia de los mecanismos. Este tipo de desgaste tambin se puede presentar por vibraciones en el sistema, que interrumpen la pelcula lubricante y hacen que la humedad del ambiente corroa las superficies. Causas: Intervalos de uso del aceite muy prolongado (aceite oxidado) Contaminacin del aceite con cidos o con agua Vibraciones y humedad en el ambiente (maquinaria textil) Soluciones: Cambiar el aceite dentro del intervalo de vida til. Utilizar el lubricante adecuado para las condiciones de vibracin y humedad.
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Ejemplo (Desgaste corrosivo- abrasivo)
Es causado por un fluido a alta presin y puede llegar a ser critico si tiene partculas solidas en suspensin, las cuales al impactar sobre las superficies arrancan material de ellas, debido al efecto de los momento de las partculas. La prdida del material puede ser significativa, provocando roturas por fatiga.
Causas: Alto nivel del aceite. Alta viscosidad del aceite. Alta presin del sistema Partculas solidas en el aceite fluyendo a alta presin
VER IMAGEN
Soluciones: Mantener el nivel, la viscosidad y la presin del aceite en el sistema dentro del rango normal. Implementar sistemas de filtracin. Cambiar el aceite con ms frecuencia. EjemploVolver a tipos de desgaste
Medio
Superficie
Tiene lugar cuando el aceite fluye a travs de una regin donde la presin es menor que la de su presin de vapor, esto hace que el aceite hierva y forme burbujas de vapor, las cuales son transportadas, por el aceite hasta llegar a una regin de mayor presin, donde el vapor regresa al estado liquido en forma sbita, generando fugas sobre las superficies metlicas que dan lugar a la aparicin de picaduras y grietas.Causas: Entrada de aire en el sistema de lubricacin. Alta tendencia del aceite a formar espuma. Soluciones: Inspeccionar el sistema de lubricacin. Seleccionar correctamente el lubricante. Incremento de la presin en el sistema o utilizando aceites con presiones de vapor bajas a altas temperaturas.Volver a tipos de desgaste
Se presenta cuando las irregularidades de una superficie interactan directamente con las de otra, se adhieren y se soldan, dando lugar en la mayora de los casos al desprendimiento de las partculas. Causas: Falla de aplicacin de un lubricante. Rompimiento de la pelcula limite por agotamiento o por sobrecarga. Un bajo nivel, viscosidad o presin del aceite en el sistema. Un alto nivel, viscosidad o presin del aceite en el sistema Soluciones: Cambiar el aceite dentro de las frecuencias normales. No sobrecargar los mecanismos. Mantener el nivel, viscosidad y presin del aceite.
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Se presenta como consecuencia del paso de corrientes elctricas a travs de los elementos de una mquina, como en el caso de los rodamientos y cojinetes lisos en turbo maquinaria. Causas: Toma a tierra defectuosa (motores elctricos) Corrientes parasitas (turbo maquinaria) Soluciones: Inspeccionar la toma a tierra en equipos rotatorios.
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Desgaste Fretting: es el desgaste producido por las vibraciones inducidas por un fluido a su paso por una conduccin. Desgaste de Impacto: son las deformaciones producidas por golpes y que producen una erosin en el material.
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En la vida til de las piezas: como ya se ha dicho el desgaste es la prdida progresiva de material, esto quiere decir que en la vida til de las piezas ir disminuyendo progresivamente tambin. Costos de mantenimiento: Es necesario cambiar una pieza por mantenimiento cuando esta llega a el final de su vida til. Desempeo de los sistemas: En un sistema de engranajes al existir desgaste, no se transmite la misma potencia, por lo cual su eficiencia disminuye.
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Definicin Caractersticas de la pelcula lubricante
El lubricante es una sustancia (gaseosa, lquida o slida) que disminuye la friccin entre dos piezas en movimiento relativo
Factores que afectan la lubricacin
Regmenes de lubricacin
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La pelcula de aceite puede visualizarse como una serie de capas de aceite que se deslizan a una fraccin de la velocidad , la cual es proporcional a la distancia desde la superficie estacionaria.
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EN COJINETES Efecto de la Velocidad: al aumentar la velocidad de operacin aumenta la holgura radial y por ello hay mayor perdida del lubricante. si aumenta la velocidad, disminuye la viscosidad del lubricante. EN RODAMIENTOS Efecto de la Carga: El efecto de la carga en el espesor de la pelcula no es tan grande como el efecto de la velocidad o de la viscosidad del aceite. Bajo condiciones de carga estacionaria, la viscosidad del aceite puede seleccionarse con base en el factor de velocidad del rodamiento o de la temperatura de operacin, sin tener en cuenta la carga.
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EN RODAMIENTOS Efecto de la Temperatura:
La exposicin del lubricante a alta temperatura por perodos prolongados bajo agitacin constante en contacto con aire, ocasiona la oxidacin del aceite en forma progresiva. Los depsitos provenientes de la oxidacin de un aceite o grasa pueden causar obstrucciones en los conductos de lubricacin y pueden crear una cua entre los elementos rodantes y los separadores interfiriendo el libre movimiento de las partes.
LUBRICACION HIDROSTATICA LUBRICACION HIDRODINAMICA LUBRICACION ELASTOHIDRODINAMICA LUBRICACION MIXTA Y LIMITE LUBRICACION SOLIDA
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En la lubricacin hidrosttica la capa de lubricante se garantiza gracias al suministro de un fluido a presin en la zona de contacto. Sera esa presin exterior la encargada de mantener la separacin de los dos cuerpos.
Es muy apropiada para velocidades relativas de deslizamiento bajas, o, incluso, para los momentos de arranque en las diferentes maquinas o mecanismos, El nivel de rozamiento en muy bajo en este rgimen de lubricacin
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La lubricacin hidrodinmica se tiene cuando al girar el eje arrastra el aceite creandozonas de sobrepresin y de depresin. Llegado un determinado momento, se crea una cua hidrodinmica a presin que mantiene separados los dos cuerpos sin ningn aporte de presin exterior. La formacin de la cua hidrodinmica depende
fundamentalmente de los siguientes factores:Viscosidad del lubricante. Velocidad en el movimiento relativo entre los elementos
Carga radial del eje
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La lubricacin elastohidrodinmica se genera en los contactos altamente cargados, quepueden ser: Lineales (engranajes)
Puntuales (rodamientos de bolas)
Como consecuencia de las cargas elevadas de los contactos se tienen:
Aumento de viscosidad en el aceiteDeformaciones elsticas en los cuerpos
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En la lubricacin elastohidrodinmica, el espesor mnimo de pelcula depende de la viscosidad, de la velocidad y de la presin. Si aumenta la presin, la pelcula disminuye y se produce contacto metal-metal debido a las
rugosidades. Esta situacin da lugar a la lubricacin mixta.
En el caso de la lubricacin lmite, la importancia de la viscosidad disminuye pero aumenta mucho la importancia de la untuosidad(es la propiedad que tienen los lquidos de adherirse
a la superficie de los cuerpos slidos). De igual modo, adquiere importancia la composicinqumica de las piezas en contacto. La misin del lubricante en el caso de la lubricacin limite sigue siendo la de reducir el contacto solido-solido, mediante el esfuerzo de cortadura en el seno del mismoVolver a regmenes de lubricacin
Se recurre a la lubricacin solida cuando se produce alguna/s de las condiciones siguientes:
Temperaturas elevadas. Acceso difcil del lubricante liquido.
Cargas extremas con vibraciones.Presencia de gases, disolventes, cidos, etc.
Los lubricantes ms utilizados en este caso son el bisulfuro de molibdeno y el grafito, que poseen una estructura molecular en laminas superpuestas de tipo hojaldrado.
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Menor desgaste de las mquinas y equipos.Mayor vida til de mquinas y equipos. Tiempos ms largos para reposicin de equipos. Disminucin de las paradas improductivas y aumento de la disponibilidad del equipo. Disminucin de costes por recambios y mano de obra para mantenimiento. Un medio ambiente ms puro que genere mayor bienestar y una mejor calidad de vida trabajando en funcin de un desarrollo sostenible. Mayor calidad de los productos.