Principios de Lubricación y Rozamiento: Conceptos Clave, Tipos y Curva de Stribeck

Tema II: Lubricación

1. Lubricación

Se define lubricante como toda sustancia sólida, semisólida o líquida, de origen animal, vegetal o sintético, que puede utilizarse para recubrir el rozamiento entre piezas y mecanismos en movimiento.

• De origen animal (glicerina y sebos).
• De origen vegetal (aceites de ricino o de lino).
• De origen mineral o sintético (talco, parafina y aceites de petróleo).

1.1. Fines de la Lubricación

Los principales fines de la lubricación son:

• Evitar el desgaste de piezas en contacto.
• Enfriar estas piezas.
• Limpiar las zonas recorridas por el lubricante.
• Sellar huecos entre piezas.
• Proteger frente a agentes externos.

Todo depende del distinto grado de acabado de las piezas, para que la lubricación sea más o menos importante.

2. Resistencias Pasivas

Los lubricantes impiden las resistencias pasivas (rozamiento). Se definen como resistencias pasivas aquellas que tratan de impedir el desplazamiento entre sí de dos superficies en contacto. Las resistencias pasivas dependen de un coeficiente de rozamiento, que puede ser:

• Estático: Relaciona la fuerza necesaria para realizar el movimiento y la normal al componente plano de deslizamiento.
• Dinámico: Relaciona la fuerza necesaria para mantener el movimiento y la normal.

El coeficiente de rozamiento de dos superficies en contacto es la tangente del ángulo de inclinación del plano de deslizamiento.

2.1. Leyes de Rozamiento: Leyes de Coulomb

1. La fuerza de fricción es directamente proporcional a la carga.
2. La fuerza de fricción es independiente del área de contacto.
3. Varía según la naturaleza de la superficie.
4. No le afecta la velocidad del desplazamiento.
5. El coeficiente de rozamiento estático es mayor que el dinámico.
6. El rozamiento produce desgaste y este depende de la naturaleza de las superficies.
7. La función principal del lubricante es disminuir el rozamiento por interposición de una película de material diferente.

2.2. Tipos de Rozamiento

• Sólido o seco: El espesor de la película lubricante es inferior a la suma de rugosidades de la superficie. Presenta carga elevada y muy baja velocidad. Estamos ante una lubricación límite.
• Semifluido: El espesor de la película lubricante es del mismo orden que la suma de rugosidades de la superficie. Presenta carga elevada, velocidad baja y lubricación en película delgada.
• Fluido: El espesor de la película lubricante es muy superior a la suma de rugosidades de las superficies en contacto. Presentan carga pequeña, alta velocidad y lubricación hidrodinámica. Dentro de este tipo de rozamiento, tenemos el laminar (se desplaza en capas paralelas) y el turbulento (se desplaza en torbellino).

La ley de rozamiento líquido se expresa por la fórmula de Newton:

Donde:

• F = Fuerza de rozamiento.
• S = Área de las superficies frotantes.
• μ = Viscosidad.
• dv = Velocidad relativa entre superficies.
• dy = Distancia que separa las superficies.

3. Curva ZNP o Curva de Stribeck

El parámetro de Hersey es un número adimensional y viene expresado por:

[Fórmula del parámetro de Hersey]

Donde:

• μ = Viscosidad dinámica.
• N = Número de revoluciones por minuto (RPM).
• P = Carga por unidad de superficie.

• Zona AB: Velocidad muy baja con presiones altas.
• Zona C: Rápida reducción de rozamiento cuando crece el parámetro de Hersey.
• Punto C: Aparece el régimen hidrodinámico. Sería deseable concebir el funcionamiento de todo cojinete en los alrededores del punto C, con un coeficiente de rozamiento mínimo.

Se debe diseñar y estudiar el funcionamiento de los cojinetes de forma que esté comprendido entre los límites CD de la región.