Tribología: ¿en qué consiste y cuáles son sus aplicaciones?

¿Qué es la tribología?

La tribología se define como la ciencia y la tecnología que estudian las superficies en movimiento relativo e interacción mutua. Abarca el estudio de la fricción, el desgaste y la lubricación, así como las interacciones que se producen en la interfaz entre cuerpos en contacto. Estos procesos incluyen, entre otros, la transferencia de fuerzas, la conversión de energía mecánica, las transformaciones fisicoquímicas y los fenómenos de enclavamiento mecánico resultantes de la morfología y la topografía de la superficie. El objetivo principal de la tribología es comprender las interacciones superficiales , lo que permite resolver problemas e identificar soluciones adecuadas. Este campo es de naturaleza interdisciplinaria: se nutre de la experiencia de la ingeniería mecánica, la ciencia de los materiales, la ingeniería química y muchas otras disciplinas. Este enfoque amplio es esencial para explicar completamente los complejos fenómenos físicos que ocurren en la zona de fricción.

El mecanismo de fricción

La fricción es, por definición, la resistencia tangencial al movimiento entre dos cuerpos sólidos en contacto. La magnitud de esta resistencia es función de los materiales, la geometría y las propiedades superficiales de los cuerpos en contacto, así como de las condiciones de funcionamiento y el entorno. Este mecanismo resulta de interacciones físicas que ocurren principalmente a escala microscópica.

Se distinguen los siguientes tipos:

• Fricción cinética (de movimiento): resistencia entre dos superficies en contacto y que se mueven una con respecto a la otra,
• Fricción estática: presente durante la transición del reposo al movimiento, así como cuando el movimiento cesa. Generalmente mayor que la fricción cinética.

Las superficies de los cuerpos, incluso aquellas que parecen perfectamente lisas, están llenas de depresiones e irregularidades a nivel molecular. Durante el movimiento, estas se entrelazan y se enredan, y superar estas barreras requiere el suministro de energía externa.

La adhesión también es un fenómeno clave en el contexto de la fricción. En los puntos de contacto real entre cuerpos, se forman enlaces intermoleculares, incluidas las fuerzas de van der Waals y las fuerzas capilares. Además, durante el proceso de fricción, se generan cargas eléctricas en las superficies (el efecto triboeléctrico). Estas cargas aumentan las fuerzas iónicas superficiales, lo que promueve la formación de fuerzas de contacto adhesivas.

Vea nuestra selección de agentes antiadherentes.

Cabe destacar que la fricción ocurre no solo en la interfaz entre dos objetos diferentes, sino también dentro de un solo cuerpo, cuando sus capas o partículas se mueven unas con respecto a otras. Este fenómeno se conoce como fricción interna . Su naturaleza depende del estado de la materia: en gases y líquidos se manifiesta como viscosidad (fuerzas relativamente pequeñas), mientras que en sólidos es mucho más fuerte, debido a la disposición ordenada de los elementos estructurales.

Lubricantes como sustancias reductoras de la fricción

La lubricación es el método fundamental utilizado en el mantenimiento de maquinaria para la fabricación de productos. En el caso de componentes deslizantes, como sistemas pistón-cilindro, engranajes y levas, la lubricación entre dos o más componentes es esencial para garantizar el funcionamiento suave de la máquina.

Un lubricante es una sustancia diseñada para reducir la fricción entre superficies en contacto, lo que en última instancia reduce el calor generado durante el movimiento de estas superficies. El mecanismo de acción se basa en reemplazar la fricción seca (entre sólidos) por la fricción interna de un fluido de baja viscosidad o la formación de una capa límite estable.

Además de reducir la fricción, una lubricación adecuada contribuye a:

• Disipación de calor,
• Reducción de ruido,
• Protección contra la corrosión,
• Sellado eficaz,
• Eliminación de contaminantes.

Aceite base: el factor clave para reducir la fricción.

Los aceites base son las materias primas utilizadas en la producción de lubricantes, y sus propiedades tienen un impacto significativo en el rendimiento y las características del producto terminado, incluyendo la viscosidad, la estabilidad/durabilidad y la capacidad de carga.

Hay cinco grupos principales de aceites base:

Grupos I, II, III – aceites derivados del petróleo

El Grupo I comprende los aceites más baratos obtenidos a través de un refinado simple con solventes. Se caracterizan por una saturación de hidrocarburos de < 90%y un índice de viscosidad de 80–120. Los aceites base del segundo grupo se producen utilizando un proceso de hidrocraqueo. Exhiben mejores propiedades que los aceites del Grupo I. Contienen menos impurezas y tienen un índice de viscosidad más alto. Los aceites del Grupo III son productos de la más alta pureza, sometidos a un hidrocraqueo profundo. Sus propiedades son similares a las de los aceites sintéticos.

Grupo IV – aceites sintéticos

Se caracterizan por una alta estabilidad térmica y oxidativa. Además, presentan una baja variación de viscosidad en un amplio rango de temperaturas.

Este grupo de compuestos incluye las polialfaolefinas (PAO), que son hidrocarburos sintéticos muy utilizados. Estos son productos de la polimerización del etileno obtenido del petróleo crudo mediante el craqueo de la nafta. Debido a su completa saturación (sin enlaces dobles), estos aceites son resistentes a la oxidación y la degradación a altas temperaturas.

Grupo V – otros aceites base

Este grupo incluye todas las demás bases, incluidos ésteres, poliglicoles de alquileno (PAG) y siliconas. Las alternativas de origen vegetal a los aceites minerales y sintéticos también son cada vez más comunes. Se trata principalmente de triglicéridos naturales, como el aceite de colza o de girasol.

Aceites base: la gama del Grupo PCC

El Grupo PCC ofrece una gama completa de aceites base especializados utilizados en lubricantes sintéticos. Estos productos se utilizan en fluidos hidráulicos , fluidos de mecanizado , compresores , cajas de engranajes industriales y en la industria textil.

Existe una amplia gama de productos disponibles dentro de la serie Rokolub . Estos son principalmente:

• Glicoles de polialquileno (PAG) solubles en agua (series Rokolub 50-B y Rokolub 60-D) ,
• Glicoles de polialquileno (PAG) insolubles en agua (serie Rokolub PB y serie Rokolub PO-D) ,
• Ésteres de fosfato (serie Rokolub FR I y serie Rokolub FR T) .

Aditivos AW y EP, y características de fricción tribológica

En los aceites y grasas utilizados en la industria, los aceites base son el componente principal. Los aditivos que mejoran el rendimiento desempeñan un papel importante, ya que optimizan las propiedades naturales de los aceites base. Los aditivos que mejoran las propiedades lubricantes son compuestos químicos que participan en reacciones triboquímicas. Los más utilizados son los aditivos que controlan el desgaste y la fricción. Se presentan en forma de aditivos antidesgaste (AW) o aditivos de extrema presión (EP). Consulte nuestra selección de aditivos antidesgaste .

Aditivos antidesgaste (AW)

Los aditivos antidesgaste (AW) son componentes lubricantes que reaccionan químicamente con la superficie metálica que se protege, formando una capa protectora que la protege del desgaste en condiciones de lubricación límite. Los aditivos antidesgaste crean una superficie menos susceptible al daño que el metal base sin protección. Los tipos comunes de aditivos antidesgaste incluyen compuestos de zinc (por ejemplo, dialquilditiofosfato de zinc, ZDDP), compuestos de molibdeno (por ejemplo, ditiocarbamato de molibdeno) y aditivos a base de fósforo y boro. El Grupo PCC ofrece aditivos AW; estos son productos de la serie Rokolub AD (por ejemplo, Rokolub AD 246 ultra ).

Aditivos de extrema presión (EP)

Su función principal es evitar el contacto superficial bajo cargas extremadamente altas. Reaccionan químicamente con las superficies metálicas, formando una capa protectora que las protege del agarrotamiento y el desgaste. Los aditivos EP permiten que la grasa soporte presiones a corto plazo que superan su capacidad normal de carga sin sufrir daños. Suelen actuar de forma más fuerte y agresiva que los aditivos antidesgaste.

Ejemplos típicos de aditivos EP incluyen compuestos a base de azufre (p. ej., grasas y aceites sulfurados), compuestos de fósforo (p. ej., fosfatos, tiofosfatos) o sustancias como el grafito y los sulfuros de molibdeno.

En la cartera del Grupo PCC, los aditivos EP son principalmente productos de la serie EXOfos (p. ej. , EXOfos PA-080S , EXOfos PB-184 ).

Explore la gama completa de aditivos de extrema presión .