TIPOS DE FRICCIÓN EN LOS ELEMENTOS DE MÁQUINA

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.

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.

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.

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.

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).

Ejemplos de Fricción:

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

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.

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

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.

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.

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.

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

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.

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).

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 .

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.

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.

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.

Cálculo del calor generado en diferentes componentes de máquinas:

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.

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.