TIPOS DE FRICCIÓN EN LOS ELEMENTOS DE MÁQUINA

1. TIPOS DE FRICCIÓN EN LOS ELEMENTOS DE MÁQUINA

2. Introducción: La fricción está presente en nuestras vidas todos los días y en algunos casos es imprescindible para poder desarrollar determinadas acciones como caminar, andar ó frenar un vehículo, encender un cerrillo, fabricar piezas en un torno ó en una fresadora, etc.; pero es completamente improductiva en los elementos de una máquina, los cuales podrían fallar si no se lubricaran y aunque esto se hiciera, si el lubricante no es el adecuado, el mecanismo, dentro de un proceso más lento también se dañaría finalmente.

3. Problemática: • Es muy importante el análisis de ingeniería de los fenómenos de fricción en las máquinas, para determinar si las causas que lo generan son mecánicas, operacionales ó de lubricación, con el objetivo de controlarlas y reducirlas hasta llegar a un valor aceptable.

4. Premisas para la Fricción: • La fuerza de fricción es directamente proporcional al coeficiente de fricción y al peso del cuerpo en movimiento. • La fuerza de fricción depende del área (microscópica) real de contacto y no del área aparente del cuerpo deslizante.

5. Definición de Fricción: • La fricción es la oposición que presentan dos zonas materiales en contacto, durante el inicio, desarrollo y final del movimiento relativo entre ellas, conlleva a consumo de energía, generación de calor, desgaste y en algunos casos a fallas lamentables.

6. Cálculo de la fuerza de Fricción: • La fuerza de fricción se calcula de la siguiente ecuación: F = f x W Donde: • F: fuerza de fricción, kgf (lbf) • f: coeficiente de fricción metal-metal, sólido, mixto ó fluido, adimensional. • W: fuerza normal que actúa sobre una de las superficies de fricción, kgf (lbf).

7. Ejemplos de Fricción:

8. Tipos de Fuerza de Fricción: • La fuerza de fricción, puede ser estática ó cinética. • Fuerza de fricción estática (FE ) • Fuerza de fricción cinética (FK )

9. Fuerza de fricción estática (FE ) • Es una fuerza negativa y mayor que la fuerza aplicada la cual no es suficiente para iniciar el movimiento de un cuerpo estacionario. • Se genera debido a la rugosidad microscópica de dos superficies, que interactúan y se entrelazan. • Entre estas superficies se generan enlaces iónicos y microsoldaduras formadas por la humedad y el oxigeno del aire.

10. Fuerza de fricción cinética (FK ) • Es una fuerza negativa que se presenta cuando un cuerpo se mueve con respecto a otro, se opone al movimiento y es de magnitud constante. • La fuerza de fricción cinética entre dos cuerpos que se mueven se clasifica en cuatro tipos: • Metal - metal • Sólida • Mixta • Fluida

11. 1. Fuerza de fricción cinética metal-metal • Tiene lugar cuando la rugosidad de una superficie metálica desliza directamente sobre la otra y el sistema tribológico está constituido por dos cuerpos sólidos, entre los cuales no hay un tercer elemento sólido ó fluido que los separe.

12. Características: • Puede ser de alta ó de mediana intensidad, dependiendo del tipo de materiales en contacto. • Ocasiona en la mayoría de los casos que las superficies de fricción de los componentes de la máquina se suelden y la falla sea catastrófica, debido a la gran cantidad de calor generado cuando las crestas altas y pequeñas chocan, se deforman elásticamente y luego plásticamente hasta fracturarse.

13. Características (continuación)… • Ocurre de manera transitoria cuando los mecanismos lubricados de una máquina se ponen en operación ó se detienen y la condición final de lubricación es Elastohidrodinámica ó fluida.

14. 2. Fuerza de fricción sólida-cinética: • Se presenta de manera transitoria siempre que los componentes de la máquina inician su movimiento ó paran.

15. Características: • Depende del tipo de aditivo antidesgaste que tenga el lubricante utilizado. • Es de regular intensidad, y conlleva a un bajo nivel de desgaste adhesivo. • Puede conllevar a altos niveles de desgaste adhesivo cuando la película lubricante es fluida y se rompe debido a condiciones mecánicas u operacionales anormales en el mecanismo lubricado.

16. 3. Fuerza de fricción mixta cinética: • Se presenta de manera permanente cuando los mecanismos lubricados de una máquina trabajan bajo condiciones de lubricación Elastohidrodinámica (EHL).

17. Características: • Depende del tipo de aditivo extrema presión y de las características del lubricante utilizado. • Es de mediana intensidad y conlleva a un nivel de desgaste adhesivo moderado, que se presenta en los componentes lubricados durante el funcionamiento de la máquina. • Se puede minimizar cuando se requiere un lubricante con un aditivo extrema presión de tipo EP1 y se utiliza un EP3 y se puede incrementar cuando se requiere un EP3 y se pasa a un EP1 .

18. Fuerza de fricción fluida cinética: • Tiene lugar cuando las superficies de fricción se mueven la una con respecto a la otra completamente separadas por un tercer elemento que por lo regular es un fluido.

20. Características: • Para un mismo espesor de película lubricante, depende de si el lubricante utilizado es mineral, sintético ó vegetal. • En el caso del aceite mineral se define como la resistencia que presentan al corte las laminillas que constituyen la película lubricante, un valor típico es de 0,008. • En el caso de los aceites sintéticos como la resistencia a la rodadura de las esferas de igual diámetro que constituyen la película lubricante, un valor típico es de 0,006. • En el caso de los aceites vegetales como la resistencia a la rodadura de las esferas de diferente diámetro que constituyen la película lubricante, un valor típico es de 0,007.

21. Generación de Calor: • La cantidad de calor que se genera entre superficies de componentes de máquinas que están en contacto directo es tan alta que puede conllevar a que las rugosidades de las dos superficies se suelden al alcanzar el punto de fusión de los materiales.

24. Cálculo del calor generado en diferentes componentes de máquinas:

25. Falla Mecánica: • Se define como aquella condición en la cual el mecanismo de una máquina queda totalmente inservible por excesivo desgaste adhesivo, cambio de su forma geométrica ó desintegración de su estructura metálica.

26. Causa de la Falla Mecánica: • Temperatura de operación superior a la máxima permisible. • Viscosidad del lubricante inferior a la requerida. • Bajo nivel de aceite. • Aceite contaminado con agua, gases, combustible, etc. • Sobrecargas por problemas operacionales ó mecánicos (desbalance, desalineamiento, etc.). • Valores de vibración por encima del valor normal.