La presencia de un material para reducir la fricción entre dos superficies.
Lubricación del cigüeñal de un motor de vapor de barco . Las dos botellas de lubricante están unidas al pistón y se mueven mientras el motor está en funcionamiento.
La lubricación es el proceso o la técnica de utilizar un lubricante para reducir la fricción y el desgaste en el contacto entre dos superficies. El estudio de la lubricación es una disciplina en el campo de la tribología .
Los mecanismos de lubricación, como los sistemas lubricados por fluidos, están diseñados de modo que la carga aplicada sea soportada parcial o totalmente por presión hidrodinámica o hidrostática , lo que reduce las interacciones entre cuerpos sólidos (y, en consecuencia, la fricción y el desgaste). Dependiendo del grado de separación de las superficies, se pueden distinguir diferentes regímenes de lubricación .
Una lubricación adecuada permite un funcionamiento suave y continuo de los elementos de la máquina , reduce la tasa de desgaste y evita tensiones excesivas o agarrotamientos en los cojinetes. Cuando la lubricación falla, los componentes pueden rozarse destructivamente entre sí, lo que provoca calor, soldadura local, daños destructivos y fallas.
Mecanismos de lubricación
Sistemas lubricados por fluidos
A medida que aumenta la carga sobre las superficies en contacto, se pueden observar distintas situaciones con respecto al modo de lubricación, que se denominan regímenes de lubricación: [1]
La lubricación por película fluida es el régimen de lubricación en el que, a través de fuerzas viscosas, la carga es soportada completamente por el lubricante dentro del espacio o hueco entre las partes en movimiento, una respecto de otra. [2]
En la lubricación hidrostática, se aplica presión externa al lubricante en el cojinete para mantener la película lubricante fluida donde de lo contrario se expulsaría.
En la lubricación hidrodinámica, el movimiento de las superficies de contacto, así como el diseño del cojinete, bombean lubricante alrededor del cojinete para mantener la película lubricante. Este diseño de cojinete puede desgastarse cuando se pone en marcha, se detiene o se invierte el movimiento, ya que la película lubricante se rompe. La base de la teoría hidrodinámica de la lubricación es la ecuación de Reynolds . Las ecuaciones que rigen la teoría hidrodinámica de la lubricación y algunas soluciones analíticas se pueden encontrar en la referencia. [3]
Lubricación elastohidrodinámica: principalmente para superficies no conformes o condiciones de carga más altas, los cuerpos sufren tensiones elásticas en el contacto. Dicha tensión crea un área de soporte de carga, que proporciona un espacio casi paralelo para que fluya el fluido. Al igual que en la lubricación hidrodinámica, el movimiento de los cuerpos en contacto genera una presión inducida por el flujo, que actúa como fuerza de apoyo sobre el área de contacto. En regímenes de presión tan altos, la viscosidad del fluido puede aumentar considerablemente. En la lubricación elastohidrodinámica de película completa, la película de lubricante generada separa completamente las superficies. Debido al fuerte acoplamiento entre la acción hidrodinámica del lubricante y la deformación elástica en los sólidos en contacto, este régimen de lubricación es un ejemplo de interacción fluido-estructura . [4] La teoría elastohidrodinámica clásica considera la ecuación de Reynolds y la ecuación de deflexión elástica para resolver la presión y la deformación en este régimen de lubricación. [5] [6] También puede ocurrir contacto entre características sólidas elevadas, o asperezas , lo que lleva a un régimen de lubricación mixta o de lubricación límite.
La lubricación límite se define como el régimen en el que la carga es transportada por las asperezas de la superficie (puntos altos) en lugar de por el lubricante. [7] Este es el efecto que hace que el polietileno de peso molecular ultra alto sea "autolubricante".
Lubricación por película límite: [8] Los efectos hidrodinámicos son despreciables. Los cuerpos entran en contacto más estrecho en sus asperezas (puntos altos); el calor desarrollado por las presiones locales provoca una condición llamada stick-slip, y algunas asperezas se desprenden. En condiciones de temperatura y presión elevadas, los componentes químicamente reactivos del lubricante reaccionan con la superficie de contacto, formando una capa o película tenaz y altamente resistente sobre las superficies sólidas en movimiento (película límite) que es capaz de soportar la carga y se evita el desgaste o la rotura importantes.
Lubricación mixta: este régimen se encuentra entre los regímenes de lubricación elastohidrodinámica de película completa y de lubricación límite. La película lubricante generada no es suficiente para separar los cuerpos por completo, pero los efectos hidrodinámicos son considerables. [9]
Además de soportar la carga, el lubricante puede tener que realizar otras funciones, por ejemplo, puede enfriar las áreas de contacto y eliminar los productos de desgaste. Mientras lleva a cabo estas funciones, el lubricante se reemplaza constantemente de las áreas de contacto, ya sea por el movimiento relativo (hidrodinámica) o por fuerzas inducidas externamente.
La lubricación es necesaria para el correcto funcionamiento de sistemas mecánicos como pistones , bombas , levas , cojinetes , turbinas , engranajes , cadenas de rodillos , herramientas de corte , etc. donde sin lubricación la presión entre las superficies cercanas generaría suficiente calor para un rápido daño a la superficie que, en una condición áspera, puede literalmente soldar las superficies entre sí, causando agarrotamiento.
En algunas aplicaciones, como los motores de pistón, la película entre el pistón y la pared del cilindro también sella la cámara de combustión, evitando que los gases de combustión escapen al cárter.
Lubricador automático – Dispositivo instalado en una máquina de vapor para suministrar aceite lubricante.
Sistema de lubricación automática : un sistema que suministra cantidades controladas de lubricante a múltiples ubicaciones en una máquina mientras la máquina está en funcionamiento.
Referencias
^ Hamrock, Bernard J. (2004). Fundamentos de la lubricación por película de fluido. Steven R. Schmid, Bo O. Jacobson (2.ª ed.). Nueva York: Marcel Dekker. ISBN 0-8247-5120-5.OCLC 55739786 .
^ San Andrés. L. "Introducción a la rotordinámica de bombas, Parte i. Introducción a la lubricación hidrodinámica". ("MEEN626 Lubrication Theory Class:Syllabus FALL2006"). [1] [ enlace muerto permanente ] (11 de diciembre de 2007)
^ tribonet (16 de febrero de 2017). «Lubricación hidrodinámica». Tribología . Consultado el 23 de febrero de 2017 .
^ Singh, Kushagra; Sadeghi, Farshid; Russell, Thomas; Lorenz, Steven J.; Peterson, Wyatt; Villarreal, Jaret; Jinmon, Takumi (1 de septiembre de 2021). "Modelado de interacción fluido-estructura de contactos de línea lubricados elastohidrodinámicamente". Revista de tribología . 143 (9): 091602. doi :10.1115/1.4049260. ISSN 0742-4787. S2CID 230619508.
^ tribonet (5 de febrero de 2017). «Lubricación elastohidrodinámica (EHL)». Tribología . Consultado el 23 de febrero de 2017 .
^ Popova, E.; Popov, VL (2015). "Sobre la historia de la elastohidrodinámica: el dramático destino de Alexander Mohrenstein-Ertel y su contribución a la teoría y práctica de la lubricación". Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik . 95 (7): 652–663. Código Bib : 2015ZaMM...95..652P. doi :10.1002/zamm.201400050.
^ Bosman R. y Schipper DJ Desgaste leve microscópico en el régimen de lubricación límite . Laboratorio de Tecnología de Superficies y Tribología, Facultad de Tecnología de Ingeniería, Universidad de Twente, PO Box 217, NL 7500 AE Enschede, Países Bajos.
^ Ewen, James. "Lubricación de límites". Trbonet .
^ Akchurin, Aydar; Bosman, Rob; Lugt, Piet M.; Drogen, Mark van (31 de mayo de 2015). "Sobre un modelo para la predicción del coeficiente de fricción en lubricación mixta basado en un concepto de reparto de carga con rugosidad superficial medida". Tribology Letters . 59 (1): 19. doi : 10.1007/s11249-015-0536-z . ISSN 1023-8883.
Enlaces externos
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Revista de lubricación de maquinaria
Consejo Internacional de Lubricación de Maquinaria
