Definición de Lubricación
Ingeniera Industrial, MSc en Física, y EdD
Composición pensada para acompañar el fenómeno de fricción ejercido entre dos superficies, aplicada particularmente en sistemas mecánicos industriales con fines de conservación, mantenimiento y funcionamiento.
Durante décadas, los técnicos, científicos e ingenieros, cada vez más se interesan en investigaciones para mejorar las propiedades y características de los lubricantes, y esto se debe a que, prácticamente, cualquier proceso industrial que involucre máquinas y herramientas, debe aplicar lubricantes en las partes móviles de los mecanismos que se encuentran propensas a desgaste, deformación o calentamiento debido a la fricción.
La fricción es una fuerza que indica la resistencia que ejerce una superficie a deslizarse tangencialmente sobre otra superficie en contacto.
Con la revolución industrial y la invención de la máquina de vapor, la necesidad de lubricación se ha venido incrementando, ya que cada vez son más procesos que incorporan la robótica y la automatización, lo cual va de la mano con la lubricación como actividades de mantenimiento, cuya finalidad es reducir el coeficiente de fricción entre las partes que tienen movimiento relativo entre ellas, y esto a su vez, disminuye el desgaste de dichas piezas, evita su recalentamiento y aumenta la vida útil de estos componentes.
La locomotora de vapor se inventó en 1804, y como se observa, contiene una gran variedad de partes móviles y mecanismos que requieren de una adecuada lubricación para su adecuado funcionamiento.
El estudio de la lubricación se apoya es diversas ciencias y técnicas, partiendo de la química y la física para comprender a nivel microscópico los componentes de un lubricante, así como los principios y leyes de la física que explican los fenómenos termodinámicos y la mecánica de los fluidos que aplican en complejos sistemas de lubricación. De ahí, que el estudio de la lubricación contempla a su vez diversas ramas, por ejemplo:
La tribología: este término proviene del griego “tribos” que significa roce o frotamiento, y se refiere a una ciencia que se encarga del estudio de los fenómenos que se manifiestan en la interface donde ocurre el contacto entre dos superficies que se deslizan una respecto a la otra. En este sentido, la tribología se ha desarrollado como una disciplina que se enfoca en el estudio de la fricción, el desgaste y por ende, la lubricación.
La reología: esta es un área de la física que se centra en el análisis de las relaciones entre el esfuerzo y la deformación de las sustancias que pueden fluir. Uno de los dispositivos en los cuales se apoya esta disciplina es el reómetro, el cual se encarga de medir las propiedades reológicas (viscosidad, elasticidad, derrame y plasticidad) de los fluidos tanto newtonianos como no newtonianos, bajo ensayos y condiciones de laboratorio.
La viscosidad es una propiedad física de los líquidos que expresa su capacidad de fluir, es decir, ofrece una medida del rozamiento que tiene lugar entre varias capas de un fluido cuando este se pone en movimiento.
Tipos de lubricación
La clasificación de la lubricación puede realizarse atendiendo diversos criterios, entre ellos, el espesor de la película de lubricante o de acuerdo a las características del lubricante en sí.
Considerando el espesor de la película del lubricante:
Lubricación por película gruesa o también llamada de régimen hidrodinámico: este tipo de lubricación se abrevia por sus siglas en inglés como HDL, y se presenta cuando la capa de lubricante es lo suficientemente gruesa para evitar que las superficies tengan contacto directo, en cuyo caso, el coeficiente de fricción que se presenta es debido al movimiento relativo entre las capas intermoleculares del propio lubricante.
Lubricación límite o no hidrodinámica: las siglas en inglés que se emplean para esta modalidad de lubricación son BL, y se presenta cuando el espesor del lubricante es muy delgado que solo forma una capa molecular sobre las superficies mediante adsorción, ya sea química o física.
La proporción entre el espesor de la película de lubricante (c), y las dimensiones de las irregularidades de las superficies determina el tipo de lubricación que se aplica.
Muchos especialistas coinciden que para una adecuada lubricación, lo más recomendable es aplicar un régimen de hidrodinámico o de película gruesa, lo cual mejora el desempeño de los mecanismos para cargas elevadas, siempre y cuando, la viscosidad del lubricante sea la apropiada.
Considerando las características del lubricante:
Fluidos: en esta categoría se incluyen los lubricantes líquidos como los aceites, los líquidos iónicos (sales) y el agua.
Semifluidos: son los lubricantes cuya consistencia se encuentran entre los líquidos y los sólidos, como el caso de las grasas.
Sólidos: son los lubricantes que se encuentran comercialmente en presentaciones de pastas barnices sólidos y suspensiones.
La siguiente tabla muestra las prestaciones más convenientes para cada tipo de lubricante de acuerdo al régimen de lubricación que se emplee o aplicación requerida:
| Régimen de aplicación | Fluidos | Semifluidos | Sólidos |
|---|---|---|---|
| Lubricación hidrodinámica | Excelente | Deficiente | No aplicable |
| Lubricación límite | Bueno | Bueno | Excelente |
| Refrigeración | Excelente | Deficiente | No aplicable |
| Sellado | Bueno | Excelente | Bueno |
La selección de un lubricante apropiado, aunado a un reemplazo oportuno del mismo, garantiza una prolongada vida útil del componente. La imagen muestra un mecanismo de engranes que evidencia las impurezas y polución que se ha adherido a la grasa empleada como medio de lubricación.
Los aceites y las grasas
Los aceites se suelen emplear como mecanismo de lubricación en casos en los cuales la temperatura o velocidad de funcionamiento del sistema limita el uso de grasa, por ejemplo, cuando se requiere que el lubricante cumpla una función de disipador de calor. Las aplicaciones más comunes de los aceites como lubricantes se presentan en los motores de combustión interna, los compresores, los transformadores o cuando se emplean como fluidos hidráulicos. Los aceites más comunes de tipo comercial son:
• Aceites minerales
• Aceites sintéticos
• Aceites fijos o grasos
Los aceites son ampliamente utilizados en las maquinarias, debido a sus propiedades lubricantes además de su capacidad de fluir y evacuar el calor generado en los mecanismos.
Las grasas, están en la categoría de lubricantes de tipo semifluidos y se elaboran mediante la dispersión de un compuesto espesante en un lubricante fluido con algunos aditivos (de ser necesarios), que mejoren sus propiedades para determinadas aplicaciones. Una de las ventajas que poseen las grasas sobre los aceites es que por su consistencia, se retienen con mayor facilidad en los alojamientos actuando como sello, evitando el ingreso de agua y otros contaminantes. Su mayor aplicación se encuentra en los cojinetes, las correderas, las levas, algunos rodamientos y en engranajes o piñoneras.
Las grasas son ampliamente utilizadas en la lubricación para sistemas de rodamientos
Otros medios para reducir la fricción
Debido al incremento en el uso de aceites y grasas para sistemas de lubricación que al finalizar su vida útil terminan siendo desechados y generando un significativo impacto en el ecosistema, se han desarrollado algunos métodos que pretenden reemplazar, al menos de forma parcial, al uso de lubricantes poco amigables con el ambiente, algunos de estos métodos son:
Óxido de silicio (SiO2) combinado con grafeno
Aunque estos compuestos de manera aislada no ofrecen mucha protección contra los efectos de la fricción, se ha demostrado que la combinación de ambos produce un efecto sinérgico y reduce de manera significativa el coeficiente de fricción entre las superficies, por tal razón, en la actualidad, se está empleando como lubricante para algunas aplicaciones industriales.
Nanodiamantes
Siendo el diamante el material con mayor dureza, es considerado un excelente mecanismo para reducir el coeficiente de fricción entre superficies cuando se emplea en pequeñas partículas de escala nanométrica de forma dispersa entre las superficies. Esta tribocapa de nanodiamantes actúa como especie de rodamientos que reduce el coeficiente de fricción, además que ofrecen un efecto de pulido disminuyendo las irregularidades entre las superficies.
El diamante es un material con un costo extremadamente elevado, sin embargo, su uso como lubricante implica la aplicación de una cantidad mínima de un fino polvo de diamante con partículas cuyas dimensiones están en el orden de 10-9 m
Trabajo publicado en: Dic., 2022.
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