UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA DIVISION DE ESTUDIOS DE POST-GRADO LUBRICACION INDUSTRIAL TESIS QUE EN OPCION AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA INGENIERIA MECANICA CON ESPECIAEIZACION EN DISEÑO. PRESENTA Jttg. ¡feímaho jianioa SAN NICOLAS DE LOS GARZA, N. L. iHartme- ENERO DE 1992 TM Z585: » M2 F I ME 1 992 26 1020074593 UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA DIVISION DE ESTUDIOS DE P0SI-6RAD0 LUBRICACION INDUSTRIAL TESIS QUE IN OPCION AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA INGENIERIA MECANICA CON ESPECIALIZACION EN DISEÑO. PRESENTA <31ng. ^ E i m a i w pantos SAN NICOLAS DE LOS GARZA, N. L. JHari'mez ENERO DE 1992 PONDO TESJS Î&556* REVISORES DE LA TESIS: B . C . BOBOLTO A T A L A EST S A B A U.C.HABCO A V I OBI O UEVDEZ CAVAZOS M-C.VICTOBIAJro A L A I OSSE GZZ PROLOGO. En esta tesis, el objetivo pretendido radica en que sea de utilidad como apoyo en la clase de lubricación industrial de la carrera de Ingeniero Mecánico de la Facultad de ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. En la ingeniería mecánica tiene un papel importante la adecuada lubricación de las diferentes partes en movimiento para poder prolongar la vida de la máquina seleccionando el lubricante correcto, aplicándolo en el lugar necesario y en el tiempo requerido. Esto significa ahorrar potencia de fuerza impulsora, utilizar refacciones al mínimo, menos reparaciones y bajos costos de operación. En este escrito, se pretende tratar la importancia de lubricantes sólidos, líquidos y mezcla de ambos, hablando en general obtención de aceites, de cómo se aditivan, de la importancia y manejo de mismos, y en los últimos cápitulos, sobre lubricantes sólidos donde lubricante es un metal y donde no es un metal. los de los el LUBRICACION INDUSTRIAL PROLOGO INTRODUCCION A ) Antecedentes de la lubricación. pag. 1 B) Funciones de lubricantes. pag. 4 CAPITULO I LUBRI CANTE S,OBTENC ION,CARACTER I S T I C A S pag.7 A ) Lubricantes varios y minerales 7 Obtención de aceites lubricantes a partir de petróleo crudo. pag. 7 B) Lubricantes semi-sólidos y sólidos 7 Propiedades de los lubricantes. pag. 20 CAPITULO I I A D I T I V O S P A R A LUBRICANTES. pag 29 A ) Introducción pag. 29 3) Su razón de ser. pag. 32 CAPITULO I I I A P L I C A C I O N DE ACEITES T GRASAS. pag. 3 5 A ) Aceites. pag. 3 5 B) Grasas. Pag 3 7 CAPITULO IV MAlfFJO, A L M A C E N A M I E N T O Y DISTRIBUCION DE LUBRICANTES pag. 3 6 A ) Manejo. pag. 3 6 B) Almacenamiento. pag. 3 9 C) Distribución pag. 3 9 CAPITULO V EL P A P E L DE L A FRICCION pag. 41 A ) Leyes cuantitativas de la fricción de deslizamiento. pag. 42 B) Leyes de la fricción de rodamiento. pag. 47 C) Nota de la región de contacto. pag. 4 9 D) Perfección de las superficies de contacto. pag. 50 E) Pérdidas por histéresis. pag 5 0 F) Leyes de la fricción de rodamiento. pag . 5 1 CAPITULO V I FRICCION M E T A L I C A pag. 52 A ) Propiedades de fricción en seco de los metales contaminados. pag. 53 B) Propiedades de fricción de superficies metálicas libres de grasa en el aire. pag. 53 C) Comportamiento severo de fricción. p«g. 5* D) Comportamiento moderado de fricción. pag. 55 E) Propiedades de fricción de superficies metálicas. pag. 56 CAPITULO V I I FRICCION DE LOS NO M E T A L E S pag. A ) Diamante. pag. 59 B) Polytetrafluoetileno, PTFE ( t e f i ó n ). pag. 60 C) Grafito, molybdeno,ioduro de cadmio. pag. 60 P ) Hielo. pag. 62 E) Hule pag. 62 CAPITULO V I I I SUPERFICIES RUGOSAS pag. 63 C A P I T U L O IX A R E A DE CONTACTO pag 65 CAPITULO X LEYES DE FRICCION pag 69 A ) Otras contribuciones a las leyes de fricción. pag. 73 CAPITULO XI TEMPERATURA DE L A SUPERFICIE pag. 74 A ) Temperatura en sistemas deslizantes actuales. pag. 79 B) Condiciones ambientales. pag. 60 C) Cambio en la geometría de las superficies. pag. 64 D) Cambio en la temperatura de las superficies. pag. 64 E) Cambios en las capas de las superficies. pag. 65 F) Cambios en la composición de la superficie. pag. 56 G) Cambios en la fuerza normal. pag. 66 H) Usos en que los cambios en la fricción durante el deslizamiento pueden ser puestos pag. 67 CONCLUSIONES T RECOMENDACIONES. INTRODUCCION ANTECEDENTES DE LA LUBRICACION Alguien d i j o en una ocasión que se puede considerar a la lubricación una parte tan vital de la máquina como cualquiera de sus partes activas. Estaba en lo cierto, indudablemente. Por supuesto, los varios cojinetes, engranes y levas que Integran una máquina cualquiera en la actualidad deben ser diseñados con todo cuidado y hechos con precisión así como los mejores metales o fin de s c t f s f a c e r las exigencias de la producción moderna a alta velocidad. Pero estas mismas piezas sin la lubricación adecuada rápidamente revelarían un desgaste y al poco tiempo dejarían de funcionar. Entonces, la maqolna como instrumento de producción, sería inservible. La lubricación no es nada nuevo, se ha venido empleando por el hombre desde la época prehistórica en los artefactos rudimentarios que utilizaban para su supervivencia. La lubricación, tal como la conocemos en la actualidad, tuvo su comienzo hace muchísimos años. Contrariamente a lo que hemos creído la mayoría de nosotros, el petróleo nos hlza su aparición por primera vez cuando se descubrió el histórico pozo de petróleo de Drake en Pennsylvania en el año de 1059. Crónicas antiguas Indican que ya los egipcios, 5000 años ontes de Cristo, utilizaban productos de petróleo. Desde entonces, el petróleo ha desempeñado un papel importante revolucionando nuestro sistema de vida al hacer posible el comienzo de la era industrial. Sin el petróleo, y sin los métodos modernos cié refinación, no tendríamos electricidad y todas sus comodidades: radio, televisión, refrigeración e iluminación eléctrica; no tendríamos los medios modernos de transporte ni las ropas modernas, ni tantas otras cosas necesarias en la vida. De hecho, si no fuera por el petróleo, todavía estaríamos en los días de antaño. Con el advenimiento de las máquinas industríales, la lubricación siguió siendo totalmente empírica. Los lubricantes eran simples de procedencia vegetal, animal o mineral y sus características han resultado deficientes a medida que se tienen rápidos avances en los diseños de las modernas máquinas, cada vez mas perfectas, las cuales aumentan las exigencias de las características de los lubricantes, dando origen a nuevas técnicas en su obtención g formulación. Los lubricantes industríales cumplen un amplio rango de aplicación que van desde los aceites lubricantes mas económicos para la maquinaría antigua, hasta los que cumplen los requerimientos para el equipo mas preciso. Las principales aplicaciones con sus propias variantes paro los que deben seleccionarse lubricantes en la industria, son las siguientes: engranes y baleros, sistemas hidráulicos, motores de combustión interna y aceites para corte y rolado. Hemos examinado brevemente la importancia que tienen los aceites o lubricantes para la industria, y hemos hecho un conciso resumen histórico del desarrollo del petróleo. Ahora vamos a ponernos en contacto con el principio básico sobre el que descansa la lubricación. La lubricación, fundamentalmente, es la reducción de fricción a un grado minimo, sustituyendo la fricción sólida por la fricción fluida. Lógicamente definiremos Qué es fricción?. La fricción se puede definir como la resistencia al movimiento entre dos superficies cualesquiera en contacto una con otra. Con lo que hemos mencionado podemos afirmar, que la vida útil de una máquina está en función de una buena lubricación ( entendiendose como una buena lubricación los requerimientos de la máquina que el lubricante cumple y su sistema de aplicación). Existen diversos métodos para la lubricación de un punto. Que van desde la lubricación a mano hasta los más complejos sistemas de lubricación centralizada. La lubricación centralizada ha tenido una corta pero colorida historia, caracterizada por un rápido crecimiento desde sus principios con una constante amplificación de campos de aplicación. El primer sistema de lubricación centralizado introducido en 1922 fue instalado para lubricar el chasis de uno máquina. Desde entonces se han aplicado o casi todos los tipos concebibles de máquinas grandes o pequeñas. En el diseño actual de maquinaria paro satisfacer las demandas de los industrias de producción en serie, sistemas de lubricación centralizada son incluidos con tanta importancia como los motores. Esto es particularmente cierto en el campo de las máquinas-herramientas cuando las máquinas ptuducen continuamente partes de precisión, virtuelmente inentendidos. Las máquinas-herramientas de hoy demandan sistemas lubricantes que operen automáticamente por 200 horas sin atención. FUNCIONES DE LOS LUBRICANTES A menos que hays un lubricante adecuado entre les parte? móviles en contacto, la fricción y el desgaste serán EXCESIVOS y la máquina pronto dejará de funcionar Los lubricantes tienen también otras importantes funciones: por ejemplo, disipan el calor de los baleros y piezas en movimiento. A menudo ayudan a crear una capa de rechazo a la SUCIEDAD. Protegen las superficies metálicas contra OXIDACION V CORROSION. En ocaciones, como ocurre en equipos hidráulicos, el lubricante actúa como transmisor de POTENCIA de une p^rte de la máquina a otra. a) REDUCCION DE FRICCION. Reduce la fricción. Cómo reduce la fricción un lubricante? Supongamos que coloramos dos bloques de acero cuyas superficies se rozan entre si ligeramente. Si ejercemos presión con cierta fuerza sobre -al bloque superior podemos hacer que se deslize sobre el bloque colocado abajo. Al medir esta fuerza comprobamos que requiera un esfuerzo de, digamos como 15 kg para desplazar el bloque superior. Ahora vamos a colocar un poco de aceite entre los bloques y midamos nuevamente el esfuerzo requerido para mover el bloque superior. Por el aceite entre ambos vemos que solo se necesita un esfuerzo de 2.5 kg para deslizar el bloque superior. Decimos entonces que el aceite a reducido la fricción entre ambos bloques. SI observamos las superficies de acero bajo un potente microscopio, comprobaríamos que existen en arnüus rninuscuias depresiones y aristas que las traban entre si he impiden a los bloques deslizarse libremente. Cuando hay aceite entre los bloques, estos son separados y las pequeñas depresiones y aristas dejan de trabarlos, t í bloque superior puede deslizarse con libertad sobre el inferior. Esto explica también la forma en que un lubricante reduce desgaste. Si no estuvieran lubricados algunas de las pequeñas aristas se romperían al moverse un bloque sobre el otro. Esto daría como resultado, eventualmente un desgaste visible en los bloques. Las aristas no pueden entrar en contocto unas con otros cuondo se aplica el lubricante y de esta forma se reduce el desgaste. b) REDUCCION DE DESGASTE. Reduce el desgaste. Los lubricantes reducen el desgaste. Esto ilustración muestro los resultodos de la falto de lubricante en una pieza de equipo de una plante de ocero. Este montaje de rueda y ejfe fue retirado de un carro usado para transportar lingotes de acero de los túneles al pozo de recalentamiento. Se ilustran aqui dos cojinetes de bronce que van sobre los muñones del e j e . Note el cojinete de muñón a la derecha. Este se encuentro en buenas condiciones y no muestra señales de desgaste. Esto puede comprobarse por su espesor en sus extremos y costados. El muñón de la derecha esta en buenas condiciones. El muñón de la izquierda esta muy gastado y el cojinete montado sobre este también esto severamente gastado. Note la delgadez de sus extremos y costados es un claro ejemplo de lubricación defectuosa en el cojinete izquierdo, y lubricación apropiada en el derecho. El montaje completo de e j e s y ruedas tuvo que ser desmechado y las operaciones de reposición involucraron un gran volumen de trabajo pesado y gastos. c)DISPERSION DE CALOR. Disipa el calor. Otra función de los lubricantes es lo de disipar el calor. En los puntos de contacto de superficies giratorias en contacto de uno máquina, se genera siempre uno cantidad determinada de calor aun cuondo esten bien lubricodos. El aceite absorbe el calor. En algunos sistemas circulantes el aceite es llevado a enfriadores y ohi vuelto pora otro ciclo. En algunos sistemas el calor pasa del aceite a los costados del deposito y de ohi ol exterior, siendo normal, por tanto, que el aceite en los deposltos se caliente cuando la máquina esta operando, no obstante, el excesivo calentamiento del aceite es una señal de peligro que hace Imperativa una inspección de la máquina para detectar la causa de ese exceso de calor. d) RESGUARDO DE LA SUCIEDAD. Rechaza la suciedad. El uso apropiado de un lubricante puede e v i t a r la suciedad entre un c o j i n e t e y el muñón, y el daño consecuente que este ocacionaría en las suaves superficies de ambos; e ) PREVENCION DE OXIDACION. Evitan la oxidación. Los e f e c t o s de la oxidación en el metal no protegido pueden ser vistosos e esta ilustración. El cojinete de rodillos nuevos a la izquierda tiene un acabado brillante y limpio en su totalidad. El c o j i n e t e nuevo y manchado a la derecha a sido expuesto al aire y la humedad sin protección y se a enmohecido a tal extremo que resulta inadecuado para usarse. La presencia de una película de lubricante en los cojinetes y engranes los protegen de la oxidación y evitan su contacto con el aire y la humedad. Por esta razón los cojinetes y engranes que se guardan en s i t i o s de almacenamiento deben ser cubiertos con un preventivo contra la oxidación. Tos Lubricantes LA Previenen OXIDACION f ) TRANSMISION DE POTENCIA. Transmiten potencie. El elevador hidráulico usado para subir automóviles en una estación de servicio, es un ejemplo del uso del aceite para transmitir potencia y mover émbolos. Este principio es empleado en muchas máquinas de las plantas aceru. En el equipo hidráulico que usa aceite como medio de transmisión de potencia, el aceite no es considerado como lubricante en si, pero el mantenimiento de equipo hidráulico es responsabilidad del encargado de la lubricación. CAPITULO I LUBRICANTES, OBTENCION , CARACTERISTICAS 1. MINERALES. Forman el grupo mas abundante de los lubricantes y se dividen en aceites parafínlcos y nafténicos. Los aceites parafínicos se caracterizan por la cadena CnH(2n+2). Son relativamente estables a temperaturas elevadas, contienen una gran proporción de parafína disuelta y por consiguiente, tienden a solidificarse a temperaturas mas altas que los aceites nafténicos. Los aceites nafténicos se caracterizan por la fórmula CnHC2rO y frecuentemente contienen una elevada proporción de asfalto. Tienden a ser mas estables que los parafínicos a altas temperaturas, pero contienen poca o ninguna parafina y por consiguiente, permanecen en estado líquido a temperaturas bajas. La viscocidad de los aceites nafténicos varía más con el cambio de temperatura que la de los parafínicos y suelen considerarse como inferiores constituidos por estos últimos cuando se emplean a temperaturas superiores 65 grados centígrados, si bien los métodos modernos de refino han contribuido a reducir considerablemente esta diferencia de cavidad. Desde el punto de vista de la lubricación, los aceites a s f á l t i c o s pueden considerarse como idénticos a los nafténicos y en la práctica estos nombres se emplean indistintamente. Como su nombre implico, ios aceites de base mixta son una mezcla de los tipos parcf ínicos y nofténicos. a) OBTENCION. El aceite mineral procede de la destilación a presión de masas inconmensurables de materias animales y vegetales. Par», la acumulación de estas grandes masas es Indispensable que sean impermeables las capas del terreno subre las que el aceite mineral descansa. Si la capa de terreno que lo recubre también es impermeable, el aceite y el gas procedente del mismo que se va formando no pueden evacuarse en ninguna dirección, y así resultan grandes yacimientos de aceites, situados a una profundidad mayor o menor, que se descubren generalmente por medio de sondeos. Cuando el gas se haya situadu suüre el aceite, e j e r c e gran presión sobre el mismo, el aceite es expulsado al exterior por el agujero abierto por la sonda en forma de surtidor, que se recoge y almacena. De lo contrario se a de extraer por medio de bombas o aparatos elevatorios. El dceite mineral, tal como sale actualmente de las entrenas de la tierra, es una mesa fluida más o menos densa de un color que varia desde el amarillo claro hasta el negro que desprende un olor característico a petróleo. Con frecuencia aparece arrastrando arena y agua. b) PREPARACION Primeramente se coloca el aceite en bruto en grandes recipientes para que por medio de decantación se separe de la arena y el agua, solo en casos realmente excepcionales este aceite mineral, depurado en esta forma, se aplica directamente a la combustión u se usa comu aceite combustible en los motores de aceites pesados para todas las demás aplicaciones se he de someter a una serie de operaciones preparatorias. El químico designa el aceite mineral como una mezcla diversos hidrocarburos, que hierve a temperatura elevada. cantidad oe estos hidrocarburos es de 95 a 98%. El resto compone de combinaciones de oxígeno, azufre y mtrogeno. oxígeno se representa en forma de ácidos üe petróleo y de nafta. de Le se El la Primeramente se separan las fracciones más volátiles por una destilación inicial. Bajo el nombre de destilación, se entiende la separación de mezcles fluidas con distintos puntos de bul lición, por calentamiento a diversas temperaturas y condensación del vapor resultante a los respectivos grados de temperatura. Después de la destilación inicial, comienza de la misma manera, pero a otras temperaturas, la destilación primaria. A medida que aumento la temperatura de destilación, se obtienen aceites de mayor viscosidad y de punto de inflamación más alto. De la destilación primaría pasa generalmente los aceites minerales a una redestilación, un proceso que se sigue con el objeto de obtener-fracciones más limitados. En el tratamiento del aceite a que nos hemos referido hasta ahora, se trata de procedimiento mecánico de separación paro obtener las distintas fracciones. Estos aceites no son sin embargo, suficientemente limpios ni poseen las propiedades necesarios paro ser aplicadas a la lubrícoción, por lo cuol se debe someter a un procedimiento químico de refinación. El aceite que se ha de refinar se mezcla completamente con ácido sulfúrico, en grandes recipientes de fondo cónico por medio de un mecanismo agitador, por la acción de una corriente de aire comprimido. El ácido sulfúrico separa los componentes fácilmente atacables desde el punto de vista químico, que al usarse en aceites serían perjudiciales, y se separo con los partículas de asfalto que todovío contenia después de la destilación anterior, asi como con diversas combinaciones de azufre, nitrógeno y oxígeno en forme de residuos, que presentan uno combinoclón negruzca y propiedades parecidas ol alquitrán. El oceite es conducido o otros recipientes donde se lova con agua y l e j í o , para la separación del resto de ácido sulfúrico que pudiera contener Para la obtención de aceites muy claros y sin olor, los aceites refinados se someten a un tratamiento complementario que consiste en hacerlos pasar por f i l t r o s presas llenos de un material de colorante que puede s e r tierra de infusorios. florindlna, fonsíl, etc. Estas materias, a causa de sus características coloidales, tienen la propiedad de absorber los elementos colorantes y olorosos. De los filtros-presa pasa el aceite a grandes depósitos de almacenamiento, desde los cuales se embasa en pequeños recipientes para el suministro a los clientes. C) PRODUCTOS DE LA DESTILACION INICIAL. I. Bencina. Se emplea principalmente como combustible de los motores de los automóviles, ademas contienen bencinas especiales con determinados puntos de ebullición, que se aplican como disolventes. II. Keroseno. Se emplea como combustible en los tractores. Es un producto semejante al petróleo y sus características se hallan comprendidas entre la benzlna y el gas- olí. III. Gas-oil. Se aplica para el accionamiento de los motores diesel; también se emplea con mucha frecuencia para la limpieza de máquinas. Tiene así mismo un ancho campo de aplicación como aceite combustible en tas calderas a vapor para la impulsión de buques, en los hornos de templar y para las instalaciones de calefacción. IV. Productos de la Destilación Primaria. Los aceites obtenidos de la destilación primaria y en la redestilación raras veces se emplean directamente para el engrase, su aplicación esta limitada a algunos engranes de caracter secundario. V. Productos de la Refinación. Estos aceites tienen un amplio campo de aplicación como lubricantes. Como lo son máquinas de hilar, decmerilar, aparatos de elevación hidráulicos, f i l t r o s de aire, etc. Además de la depuración química por el ácido sulfúrico, se ha ideado en la actualidad otro procedimiento con el que se obtienen aceites de alta calidad, por medio de un tratamiento mas suave. Este nuevo medio de operar SP designa por el procedimiento " EDELEANU" de nombre de su inventor; y los aceites resultantes se llaman aceites Edeleanu. Este procedimiento, en lugar de ácido sulfúrico se emplea ácido sulforoso (SO2) que a 10 grados centigrados disuelve los elementos perjudiciales. Los aceites tratados por este procedimiento dan productos de gran estabilidad y capacidad lubricante. Se utilizan ventajosamente en el engrase de turbinas de vapor, turbinas hidráulicas, compresoras y motores diesel. Por este procedimiento se elabore también aceites pora transformadores e interruptores con las características exigidas por la industria electrotécnica. 2. VEGETALES. Los aceites vegetales como su numbre lo indica, son todos los aceites provenientes del fruto y la semilla de los vegetales. Se clasifican en tres grupos distintos: 1) Aceites no Secantes, 2) Aceites Semi-Secantes y 3 ) Aceites Secantes. Para su diferenciación se emplea el índice de yodo, entendiendose bajo este nombre la cantidad de yodo que el aceite puede absorber de modo que el índice de yodo 100, significa que 100 grs,de grasa se puede cambiar con 100 grs. de yodo. 1) Aceites no secantes. Poseen un índice de yodo menor a 100. Los mas importantes de este grupo son: Aceite de oliva, aceite de cacahuate y aceite de resino. Tiene poca tendencia a alterarse. 2) Aceites Semi-Secantes. Su índice de yodo llega a 130. Pertenecen a este grupo el de las semillas de algodón. A consecuencia de su elevado índice de yodo, tiene una fuerte tendencia a ponerse ácidos y resinificarse. 3 ) A c e i t e s Secantes. Su índice de yodo es el mas elevado y se halla comprendido entre 130 y cerca de 200. Tiende a la formación de barnices y son absolutamente inútiles para el engrase. Corresponde a este grupo el aceite de linaza, el de cañamo, el de adormidera y el de girasol. a) Obtención. El aceite se extrae por aplastamiento y compresión de las semillas y pulpa de los frutos de los vegetales. Hay que distinguir entre los aceites de primera, segunda y tercera prensada y ademas, de los aceites extraídos en f r í o o en caliente, los residuos resultantes son las llamadas tortas de aceite, que se emplean principalmente para la alimentación del gonedo. También existe otro procedimiento pera la producción de los aceite, que consiste en un tratamiento por medio de disolventes (extracción), empleándose como tales, en primer lugar la bencina. Los aceites obtenidos se han de purificar ( refinación ) para separar la albúmina, resina, materias viscosas, etc. El aceite de oliva se obtiene de la fruta del árbol Olea Europea, que si se cultiva extensamente en los países que bordean el mar mediterráneo, particularmente España, Italia y Grecia. En la escala mas reducida, los árboles crecen en muchos otros países incluyendo los estados unidos. El contenido de aceite de la fruta es de 25-60 %, dependiendo de la variedad, madurez y condiciones climáticas. Si la fruta no está totalmente madura, el rendimiento es pobre y tiene un sabor amargo. El método mas v i e j o para la recuperación de aceite, que todavía está en uso fuera de los Estados Unidos,es como sigue:1es frutas, pizcadas de los árboles o tiradas de ellos como pértiga, se recolectan y se transportan a los molinos de aceite en carretas de bueyes u otros medios de transporte. Despues de quitarles las hojas, tallos y la materia extraña, las frutas se trituran en piedras de molino con f i l o s o en rodillos de moliendas. Con la pulpa triturada se hacen panes y se prensan a baja presión, en cajas o en otras prensas mecánicas. El aceite obtenido de este primer prensado es de una calidad excelente y se le conoce como aceite viejo. El pan prensado se muele y se prensa otra vez, pero esta vez a mayor presión. Algunas veces se hace la tercera o cuarta prensada, usualmente después de haberse roto los huesos. El residuo final, que todavia contiene de 6 a 2 0 * de aceite, es sujetado a una extracción con solvente para lo cual se usa comunmente el bísúlfuro de carbono. Se conoce el aceite obtenido de esta manera como "Pie de Aceite de Oliva" o como "Aceite de Oliva Azufrado". Se recupere el solvente por destilación y condensación. Un método continuo que ha encontrado aplicación en los Estados Unidos emplea una prensa semejante,el Expeller. El licor prensado se separa por centrifugación. Finalmente se filtra el aciete. La retención de aceite en el pan de prensa es solamente de un 4% aproximadamente. Otro método moderno que ha encontrado uso exclusivo, particularmente en España, es el proceso ~ Acapulco Las olivas finalmente triturades.libres de huesos, se prensan contras mallas de metal por medio de cepillos con puntas de gomas. El aceite, el igual que algo de la pulpe fina, pasa atravez de la malla. Se obtiene la clarificación del aceite por medio de acentamiento y centrifugueo. Es otro método, conocido como el proceso * León \ le fruto de olivo es triturado con martinetes a gran velocidod. Lo pulpa tomisado pasa a través de rodillos estirados y se prensa en prensas hidráulicas. Aún si el aceite se va a usar pora propósitos comestibles, solo requiere un pequeño proceso adicional. Algunos de los grados mas pobres se refinan con álcali, blanquean y desodorizan. El aceite se uso principolmente como oceite poro ensaladas y para cocinar, ol igual que, en cierta escola, poro enlotodo y propósitos medicinóles. Los grodos no comestibles se usan principalmente eti las industrias del jabón y de cosméticos, t o s pies se usan pora la manufactura de jabones textiles. El aceite de resino es oblenido de las semillas de lo planta Reinus Communis, que crece, en forma silvestre, en la mayoria de las regiones tropicales y subtropicales, pero es cultivado como cosecha anual en varios países productores. La planta varía de tamaño de 2 a 12 mts. La semilla jaspeada tiene lo apariencia de un f r i j o l y contiene de 35 a 55% de aceite. Se recupera aceite por prensado en prensas hidráulicas expeliere y también por extracción con solventes. Después de haber liberado a la semilla de lo moterio extraño, se descortezan en descascaradores especiales. El aceite de resino es obtenido de semillas seleccionadas pur medio de prensado en calinte o frío. Un prensado adicional da on producto conocido como aceite * 3 . A menudo los panes finales de prensado, que pueden contener hasta un 10X de aceite, son sometidos a una extracción por solvente. La harina es muy venenosa y solo se puede usar como fertilizante. El aceite de reciño es usado para productos sulfonados y jabones, como lubricantes, plastlllzantes, agente medicinal y despues de deshidratarlo, comu aceite secante. También se usa extensamente en la india como iluminante. Este aceite en combinación con e! ácido sulfúrico da lugar a los aceites llamados r o j o turco que son aceites emulcionables, empleados principalmente en la industria textil y en la del cuerpo. El aceite de cacahuate, que también se le conoce como aceite de maní, se obtiene de la semilla de la leguminosa Agochis Hypogaea, nativa de la América Latina, que era cargada por barcos de esclavos a Africa y de ahi a Virginia. La planta crece en la actualidad en grandes áreas con climas cálidos. El f o l l a j e de la Harachis Hypogaea es algo parecida a la del clavo. Después de florear, se doblan los tallos hacia abajo de las flores y forzan a las pequeñas vainas a meterse en el suelo, donde se desarrollan. El contenido de aceite de almendras es de 4 0 - 5 0 * . Se recupera el aceite por prensado o por extracción por solvente. Después desodorización, de las grasas endurecerlo por de una refinación cáustica, blanqueado y se usa el aceite principalmente en la industria comestibles, ya sea como tal o después de hidrogenaclón. Hasta aquí hemos mencionado el método de obtención de algunos de los mas importantes aceites vegetales y a manera de recordación los métodos de obtención mas usados son: el uso de la prensa hidráulica, la prensa de t o m i l l o y el cada vez mas usado la extracción con solventes. 3. ANIMALES. Los aceites animales ai igual que los vegetales eran hace algún tiempo, los únicos fluidos lubricantes conocidos, y aun hoy se emplean mezclados con aceites minerales. Estos aceites de origen mineral y vegetal se descomponen fácilmente por el calor y a temperaturas relativamente bajas, tienden a oxidarse para formar gomas. Otras características de estos aceites es su aptitud para formar emulsiones estables con el agua, emulsiones que poseen buenas propiedades lubricantes. a) OBTENCION. Los aceites de procedencia animal se obtienen por procedimientos distintos de los aplicados a los aceites vegetales. Como aquéllos, se hallan alojados en ciertas células de los tejidos y se obtienen ventajosamente por fusión o cocción, sto puede lograrse por fuego directo, por la acción del agua hirvlente o por medio de vapor a presión. Hay que distinguir entre los aceites procedentes de los animales terrestres y de los marítimos. El aceite más conocido de órganos procedentes de los animales terrestres es la manteca de cerdo, obtenida por compresión en f r i ó , es muy resistente al frío. El aceite de animal mas apreciado es el aceite de pie, obtenido de los patas de vaca, es un subproducto de los rastros. El proceso de obtención es el siguiente: se lavan y se cortan con sierra las patas y las tibias. Las patas se escaldan brevemente en agua caliente y se quitan las pezuñas con ayuda de un extractor de pezuñas. Entonces se transfiere la materia que contiene grasa a una pila enchaquetada para vapor. Al ser tratada con agua hirviendo sube la grasa líquida a la superficie y se desnata periódicamente. La existencia de aceite de pata de vaca obtenido de esta manera se mantiene a temperaturas que permiten que se cristalice el grueso de la esterina. Entonces se separan las porciones sólidas y líquidas con la ayuda de una prensa. se venden diferentes grados de aceite, tales como los aceites de pata de vaca de 20, 30 y 40 grados, los números indican los límites máximos permisibles en grados Farenheit, pare la prueba de enturbamiento. Los aceites de pata de vaca se usan principalmente como lubricantes, curtido de pieles y aceites textiles. Se emplea con frecuencia en el engrase de relojes y mecanismos de relojería ( aceite para torpedos ), etc. También a encontrado un amplio campo de aplicaciones en la industria del cuero. Los aceites obtenidos de los animales marinos, los aceites de pescado y aceites de higado de pescado. El aceite de Sávalo, aceite de sardina, aceite de pescado japones, aceite de arenque y aceite de salmón son los principales en importancia comercial. El contenido de aceite de la mayoría de los pescados, tales como la sardina y el salmón, es de alrededor de un 1520%. El aceite se obtiene por prensado de todo el pescaso desmenuzado y cocido. Se pueden distinguir las siguientes cinco operaciones: cocido, prensado, purificación del aceite, secado del residuo de la prensa y molido del residuo para hacer harina. El cocido con vapor directo se lleva acabo en recipientes semejantes a canales a travez de los cuales se mueve la carga por un transportador de gusano, l a masa cocida se transporta a une prensa semejante a los expellers donde un tornillo sinfín somete a la carga a una presión cada vez mayor en el interior de un cilindro cónico horizontal. Se usa autoclaves para la producción de aceites de grado mas pobre, sacadas de los desechos, etc. Se esta usando cada vez mas la extracción con solventes. La mayoría de estas plantas son de tipo intermitentes, pero están en uso algunos sistemas continuos. Por muchos años se han usado fabricas flotantes instaladas en los barcos. Los hígados de bacalao, tiburón y muchos otros pescados son excelentes fuentes de aceites ricos en vitaminas A y 0. El contenido de aceite del hgado de bacalao es alrededor de 75*. Se extraen los hígados se les quita la vesícula biliar liberándole de impurezas, se lava y el aceite se separo por medio del fundido obtenido en agua caliente, la que se calienta con vapor directo. El aceite de higado de bacalao obtenido de este modo es un producto medicinal. Un grado secundarlo, conocido como aceite de bacalao, es obtenido de los hígados v i e j o s o enfermos. Se usan principalmente en la industria del cuero. Los mejores grados del aceite de pescado, después de haberlos desodorizado e hidrogenado, han encontrado su uso en la industria de grasas comestibles. Son usados otros grados en las industrias del jabón, pltura de tinta de Imprenta y del cuero. Debido a su alto contenido de notrógeno y f ó s f o r o de harina preparado del residuo de 1a prensa es un fertilizante valioso. 4. LUBRICANTES SINTETICOS. Los aceites lubricantes sintéticos se han producido principalmente bajo el estímulo de la escaces en tiempo de guerra, como sucedió en Alemania durante 1939-1945, o para satisfacer las demandas impuestas por el rápido progreso de la tecnología. No es raro ver un producto natural reemplazado por otro sintético más fácilmente controlable de propiedades superiores, pero los aceites de petróleo naturales, especialmente cuando están reforzados, por aditivos han sido satisfactorios hasta ahora para todas las exigencias salvo las especialmente severas. La razón escencial para escoger un lubricante sintético es usualmente el buen resultado de un incremento en condiciones extremadamente severas o en un diseño nuevo en el cual un lubricante común no es satisfactorio. Las cualidades en las que los aceites sintéticos pueden ser superiores a los aceites naturales, aún cuando esten reforzados con aditivos son: -Mejores relaciones consistencia-temperatura. -Mayor estabilidad a altas temperaturas. -Menos presión de vapor a alta temperatura. La variación de consistencia con valores extremos en los límites del intervalo de temperaturas a constituido una de las principales dificultades surgidas en el empleo de los productos ordinarios del petróleo. Así por ejemplo, en los climas árticos o 8 grandes altitudes los aceites convencionales fácilmente se solidifican debido a que la parafina se presipita de la disolución o simplemente por su vlscocidad se hoce demasiado alta para Que el aceite pueda fluir a una velocfad razonable bajo la presión disponible ( punto de congelación por viscosidad ). De modo semejante a altas temperaturas de funcionamiento en un motor el aceite puede perder viscosidad hasta el punto de que ya no pueda proteger las superficies métalicas en contacto contra el desgaste y la excesiva fricción. Es posible encontrarse con ambas dificultades cuando se requiera un aceite que permita el arranque en tiempo f r í o y que proporcione lubricación adecuada bajo alta carga en los modernos motores de combustión interno que trabajan en condiciones duras de servicio. Del mismo modo, en el servicio a temperaturas extremadamente altas tal como cerca de hornos o combustoleos, los aceites de petróleo pueden descomponerse (térmicamente o por oxidación ), destruyendose la pelicula líquida y dejando solamente depósitos perjudiciales de naturaleza reciñóse o parecida al cok. Finalmente puede suceder que el funcionamiento a baja temperatura puede indicar la elección de un aceite de petróleo de peso molecular tan bajo ( baja viscosidad ) que pueda comenzar a vaporizarse cuando Id temperatura alcance su nivel de régimen. No es probable que los aceites sintéticos conocidos hoy sobresalgan en todos estos respectos ni que siquiera alguno sea suficientemente bueno para sobresalir, pero se ha observado cierto mejora en una o mas características en el caso de los lubricantes sintéticos. Debe tenerse presente también que se requieren aditivos pare estos productos sintéticos. Las clases de productos de mayor interés actual como lubricantes sintéticos, son: - Esteres y diésteres e n f á t i c o s ( por ejemplo Sebacatos de O c t i l o ) . - Oxidos o gl icoles de poli al qui leño. - Silicones. - Fosfatos y silicatos orgánicos. - Hidrocarburos altamente fluorados. A continuación mencionaremos algunas ventajas e inconvenientes mas evidentes de algunos cié los lubricantes sintéticos ( sin aditivos ): SIL ICON AS: Limitado valor lubricante, especialmente para acero sobre cero. - Buena resistencia a la oxidación. - Buena estabilidad térmica a altas temperaturas. - Buena pendiente viscosidad-temperatura. - Poca protección contra la herrumbre. - Poder disolvente limitado. HIDROCARBUROS FLUORADOS: - Alta estabilidad térmica. - Baja inflamabilidad. - Relación viscosidad-temperatura mediocre. - Temperatura de congelación relativamente alta. - Poder disolvente pobre para aceites y aditivos. DI ESTERES: - No forman lodo ni depósitos. - Autodetergentes. - Responden bien a los aditivos. - Perjudiciales para goma y plásticos. OXIDOS DE POLIALQUILENO: - No forman lodo ni depósitos. - No autodetergentes. - No protegen contra la herrumbre. - Ligeramente corrosivos. Muchos de los lubricantes sintéticos son eficientemente mejorados por el uso de aditivos convencionales del tipo polar preventivos de herrumbre. CLASES DE LUBRICANTES Y PROPIEDADES LIQUIDOS. Los lubricantes líquidos son los llamados aceites lubricantes. Los aceites lubricantes se seleccionan de acuerdo con propiedades físicas. Algunas de estas son: - Viscosidad a 100, 210 grados Farenheit ( 37.7, 98.8 grados centigrados). - Punto de destello o inflamación. - Punto de quemado. - Punto mínimo de fluidez. - Residuos de cartón. - Gravedad específica. - Calor. y otras cualidades. Vamos a hechar una mirada brevemente especificación para ver exactamente su significado. a cada Viscosidad es la medida de la velocidad de f l u j o de un aceite en un segundo. Punto de desarrollo o inflamación de un aceite, es la temperatura al a cual el aceite emana vapores en cantidad suficiente como para ser encendidos en prescencia de una llama abierta. En el punto de destello el aceite en si no se quema. Solamente los vapores producen un flamazo, se quema y despues desaparecen. Punto de quemado, es la temperatura a la cual el aceite continua ardiendo ( por mas de 5 s e g . ) cuando se le somete a la prueba de destello. Esta temperatura, usualmente, fluctúa entre 10 y 50 grados Farenheit ( 5.5 a 27 grados centigrados ) mas elevada que la del punto de destello. Punto mínimo de fluidez de un lubricante es la temperatura mas baja a la cual fluirá realmente. Esta característica es de importancia primordial cuando seleccionamos un lubricante para temperaturas por debajo de ceno grados farenheit (17.7 grados centigrados ), como en el caso de los compresores de refrigeración. Residuos de cardón, es uno medida de la cantidad de carbón o residuos que pueden quedar despues de haber quemado una cantidad determinada de aceite. Los aceites con un bajo residuo de carbón son mas convenientes como lubricantes que los aceites que tienen un elevado residuo de carbón. Gravedad específica, es la relación exstente entre pesor-del aceite y el agua. La gravedad específica de un aceite indica de manera alguna su cualidad como lubricante. gravedad específica se usa primordialmente para calcular volumen de los aceites. el no La el El color del aceite no es indicación de su cualidad. El color se controla' por el refinador con el fin de mantener un color estable como una marca de fabrica para cada tipo de aceite. Los aditivos edemas de proporcionar el aceite ciertas propiedades deseadas, pueden darle también propiedades noscivas si se utiliza en un servicio no propuesto por el fabricante de! aceite. Los tipos de aditivos incluyen: 10.- Aceites grasosos que hacen que el aceite se emulcione con el agua o se mezcla bien con el 1a,mejorando en consecuencia la lubricación en condiciones de humedad. 20.- Inhibidores de oxidacion que impiden la formación de sedimento o barniz y la corrosión en el cojinete. 30.- Detergentes que mantienen limpias las superficies de 16 máquina. 40.- Agentes de presión extrema que proporcionan a los aceites una resistencia mas elevada a la película a la cual, a su vez, soporta carga mayores y presiones extremas. Los agentes de presión extrema impiden que una superficie se ponga áspera o que se produzca un grado elevado de desgaste debido a su capacidad de enfriamiento rápido. 5 0 - Los antioxidantes impiden la formación de herrumbre al recubrir las superficies de el metal con una película de gran tenacidad. 6 0 - Y otros aditivos pueden dar al aceite otra propiedad antiespumas. Los aditivos usados como antiespumantes reducen la tensión superficial de aceite para lograr que las burbujas de aire escapen con más rapidez. Los aceites lubricantes los podemos dividir se gún su uso en: Aceites Aceites Aceites Aceites para para para para árboles. engranes. cojinetes en general. moteres eléctricos. Aceites Aceites Aceites Aceites para para para para cilindros de vapor turbinas. compresoras de aire. compresoras de refrigeración. Aceites hidráulicos. Aceites para corte. Aceites automotrices. SEMI - SOLIDOS Los lubricantes semisólidos o grasas son usualmente aceites minerales a los que se les ha podido añadir un compuesto especial de jabón para producir una mezcla plástica conveniente para lubricar algunos tipos de maquinaria. El compuesto especial de jabón actúa para llevar el lubricante dentro de la superficie de rozamiento y mantenerlo allí, donde su efecto será más beneficioso. Las grasa lubricantes se seleccionan de acuerdo con sus propiedades físicas, en forma muy parecleda a la de los aceites. Algunas de estas propiedades son: - Número de penetración. - Número de goteo. - Base de jabón. El número de penetración es la medida de la consistencia de la grasa. El número de penetración de una grasa se obtiene dejando caer un cono estandar que penetre libremente en la grasa, el cual su punta debe de tocar levemente la superficie de la grasa. La grasa debe estar uniforme en su consistencia y a una temperatura de 77 grados farenhel t (25 grados centígrados). Un ejemplo típico puede ser: 312 mm.de penetración; de acuerdo con la ASTM ( Sociedad Americano para Pruebas de Materiales). Para lubricar un cojinete sencillo que tiene pequeñas holguras se recomienda usualmente una grasa de consistencia suave, o sea de alto número de penetración. Un alto número de penetración indica que la grasa es blanda y que tendrá buenas características de f l u j o y recibirá completamente las superficies de rozamiento a pesar de las holguras pequeñas. El punto de goteo de una grasa, que algunas veces se denomina como Punto de Licuación, es la temperatura a la cual se funde la grasa y gotea. Este punto de goteo se debe comparar con temperaturas anticipadas de funcionamiento cuando se selecciona una grasa para aplicación específica. Por ejemplo, si la temperatura de operación de un cojinete esde 220 grados Farenheit (100 grados centigrados), debemos usar una grasa con un punto de goteo por arriba de 220 grados Farenheit. Así la grasa no se licuare a y escurrirá fuera del cojinete mientras esté funcionando. Algunas grasas tienen tendencias a disgregarse a temperaturas elevadas. La base de jabón usada en la manufactura de una grasa es de interés con el fin de que podarnos seleccionar la grasa apropiada para temperaturas altas y bajas, condiciones secos o húmedas, o combinaciones de éstas. Las grasas se clasifican generalmetne por el compuesto de jabón utilizando en la confección de la grasa influye grandemente en las propiedades de ésta. Estas grasas son: - Crasas a base de jabón de calcio. - Crasas a base de jabón de sodio. - Grasas a base de bentonita. - Grasas a base de bario. - Grasas a base de litio. - Grasas a base se silicio. - Grasas a base de aluminio. - Grasas a base de jabón mezclado. - Grasas de petróleo puro. Una base de calcio usada en la grasa daría a ésta una apariencia suave y mantequillosa. Estas grasas son de una resistencia elevada al agua. Si tomáramos una muestra de esta grasa en la palma de 18 mano y trataremos de mezclar agua con e11a,encontraríamos que la grasa y el agua no se mezclarían. Por esta razón las grasas a base de calcio encuentran muchos usos donde hay agua. Las grasas a base de calcio, sin embargo no soportan las altas temperaturas, digamos superiores a 220 grados Farenheit (100 grados centígrados). Tienden a desintegrarse si se calientan más allá de este punto y no regresan a su estado original al enfriarse La base de jabón permanece separada del aceite Esta separación es muy dañosa para las superficies de rozamiento. Las partículas de jabón separadas se hacen duras y muy abrasivas. En muchos casos de cojinetes y e j e s rayados se puede encontrar su origen como debido a la acción abrasiva de estas partículas como resultado del uso de grasas a base de calcio donde las temperaturas son muy elevadas. Las grasas a base de sodio se pueden usar donde las temperaturas soon más elevadas. Son buenas hasta temperaturas de 360 grados Farenheit (187.2 grados centígrados), sin que haya peligro de separación del aceite de su base. Estas grasa son de textura fibrosa. Si pusiéramos une pequeña porción de la grasa entre los dedos y separáramos los dedos,la grasa produciría la sensación de estirarse en fibras correosas entre los dedos. De hecho no se usan fibras en la grasa. Esto es simplemente la forma de que la grasa está compuesta;como si estuviera mezcladoa con hilos o fibras. Esta naturaleza fibrosa las hace capaces de soportar pesadas cargas de rozamiento y son ideales para utilizarlas en molinos y calandrias y similar maquinaria pesada; y en los rodamientos de bolas y rodillos. Estas grasa tienen un inconveniente,que son más o menos solubles en el agua y no se deben usar cuando hay presencia de agua. Si tomáramos una muestra de la grasa a base de sodio en la palma de la mano y tratáramos de mezclarla con agua,veríamos que se convierte en una mezcla lechosa y que se vuelve Impropia para usarla como lubricante. Las grasas a base de bentonita no son ni más ni menos que hechas de simple arcilla,tienen un punto de licuación extraordinariamente elevado, el límite verdadero de la temperatura es discutible. Sin embargo estas grasas son buenos lubricantes a altas temperaturas donde las grasas a base de sodio no son satisfactorias. Estas grasas de bentonita son mucho más costosas que las grasas convencionales de baja temperatura, pero duran mucho más. Son buenos para lubricar lugares de dificil acceso. Al usar estas grasas no necesitamos lubricar tan a menudo. Las grasas a base de bario son resistentes al agua. Su fusión es a altas temperaturas. Son lisas no fibrosas dependiendo del procedimento de la manufactura y son usadas como lubricantes para chasises y rodamientos antifricción. Las grasas a base de l i t i o son consideradas actualmente superiores a otras grasas de base jabón como lubricantes multi-función. Se fusionan alrededor de 350 grados Farenheit (176.6 grados centigrados) y mantienen una estructura deseable a través de un amplio rango de temperaturas. Son utilizables para lubricara 300 grados Farenheit (148.8 grados centigrados) y a bajas temperaturas. Estas grasas son por naturaleza de mantecosas a fibrosas. Son resistentes al agua. Las grasas a base de silicio son grasas sintéticas relativamente nuevas en la lubricación. Se dice que tienen mayor duración, buena estabilidad y propiedades de resistencia al calor. Su duración más larga es problabemente su propiedad mas destacada Son muy costosas. Las grasas a base de aluminio son de fibras extremadamente cortas y son de textura lisa o fibrosa. No son uti 1 i zabl es arri ba de 160 grados Farenhei t (71.1 grados centigrados) por que la grasa se deteriorará estructural mente si se calienta hasta cerca del rango de fusión y enfriada. Las grasas de aluminio son altamente adhesivas y pegajosas y encuentran aplicación como lubricantes para levas,cadenas y a superficies oscilantes a las que otras grasas no se pegarían. Las grasas de jabón mezclado llenen características generales. Las combinaciones mas comunes son sodio-calcio y calcio-plomo. Las propiedades resultantes varían ampliamente dependiendo de las proporciones de los elementos usados. Las grasas de petróleo crudo provienen del residuo del refinado del materiat asfáltico, aún aunque no es graso por definición. Esta grasa es extremadamente adhesiva y se le usa como un lubricante para engranes pesados abiertos y alambre para cable. SOLIDOS. Un lubricante sólido es una película delgada de un materi al sol ido interpuesto, entre dos superf i cíes friccionantes,para reducir la fricción y el desgaste;debe tener une fuerte adherencia a los metales, muy baja fuerza de corte y buenas propiedades elásticas Estos materiales deben ser estables a altas temperaturas, químicamente inertes y tener una alta conductividad del calor. Algunos lubricantes sólidos son usados en cojinetes sujetos a temperaturas arribe de las cuales el aceite o la grasa no pueden ser usados. Son usados en aplicaciones que requieren lubricantes que son químicamente inertes y también en rodamientos adyacentes a partes que no deben ser contaminadas con materiales extraños. Una desventaja de los lubricantes sólidos es que no fluyen para cubrir las rupturas en la capa de lubricante. Las propiedades del lubricante sólido para reducir la fricción y el desgaste son: - Baja resistencia al corte - Baja dureza. - Alta adhesión al material. - Habilidad de reponerse asimismo. - Carencia de impurezas abrasivas. Hay otras varías que no influencian directamente en la fricción y el desgeste, pero que son importantes para escoger el lubricante sólido apropiado para una función dada Ellas son: Estabilidad Térmica - Uno de los usos mas importantes de los lubricantes sólidos es reducir el desgaste a altas temperaturas arriba de las cuales son usados los lubricantes orgánicos ( de 600 a 2,000 grados Farenheit (315.5 a 1093.3 grados Centigrados o más alto ). Punto de Fusión.- esta propiedad es importante porque los lubricantes sólidos orgánicos pierden mucho de su poder reductor de fricción arriba de su punto de fusión. Inacción Química.- Los lubricantes sólidos deben ser reactivos al material y a la atmeosfera, especialmente en presencia de alta humedad. Estado de Sub-División- Es esperado que entre más pequeño sea el tamaño de partícula y más reducidos los límites de la distribución del tamaño de las partículas, más efectivo sea el lubricante sólido,especialmente si contiene aditivos para mejorar su adhesividad. Habilidad para prevenir la corrosión- Puesto que estos lubricantes se usan en partes inaccesibles con función intermitente y largos períodos inactivos, la corrosion de les partes debe ser prevenida. Alta Conductividad Eléctrica - Se requiere esta propiedad cuando los lubricantes sólidos son usados para reducir el desgaste en contactos deslizantes. Cuando los aislantes son sujetos a contactos friccionantes, debe ser usado un lubricante sólido de baja conductividad. El lubricante sólido más empleado es el grafito, que se adhiere a las superficies del cojinete, formando capas de " escamas de pez \ que se deslizan fácilmente una sobre la otra y, además, tienen la ventaja de rellenar e Igualar las irregularidades existentes en las superficies del cojinete. El grafito puede emplearse directamente en forma de polvo o como suspensión coloidal en aceite. En esta última forma revela una tendencia a separarse como barrro en los depósitos o coductos de aceite, especialmente cuando está sometido a una fuerza centrífuga, como es el caso de los canales de aceite de los cigüeñales. Por consiguiente su empleo debe evitarse en los sistemas de lubricación forzada. La mica, el talco y la estatua, cuya acción 1ubricante,es similar a la del grafito, pueden emplearse también como lubricantes. Aunque son inferiores a aquel en la mayor parte de las aplicaciones, su resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas es mayor. Durante los últimos años se han desarrollado nuevos tipos de lubricantes sólidos, tales como los Sulfuras de liolibdeno y Tungsteno,que son más eficaces que el grafito o que la mica, tanto en lo que se r e f i e r e a su resistencia a altas presiones como a lo que ofrece a la temperatura. Los lubricantes sólidos que se añaden a los aceites y grasas, están representados generalmente por jabones de plomo, aceites sulfurados y otros compuestos orgánicoss de plomo, f ó s f o r o , cloro y azufre. Algunas de estes sustanciad pueden emplearse aisladamente como lubricantes fluidos, pero cuando se emplean en canticdades relativamente pequeñas como aditivos " extrema presión " reaccionan con los materiales de los cojinetes para formar superficies con un coeficiente de frotamiento mútuo bajo. 2S Las condiciones de servicio de un sistema mecánico pueden ser lo suficientemente moderadas como para que un aceite de petróleo bien refinado, sea capaz de e j e r c e r su funciion de lubricaante durante período de tiempos razonablemente elevados,sin temor a deterioros anormales del material, o a la aparición prematura de fenómenos desfaborables. Sin embargo, los rápidos desarrollos experimentados en el campo de los motores de explosión y en el diseño de la maquina industrial con su continua tendencia a transmitir potencias cada vez mayores por medio de mecanismos cada vez más pequeños, han ido imponiendo creccientes cargas a los lubricantes Las elevadas temperaturas, presiones y velocidades a que los mismos suelen estar sometidos en los actuales sistemas mecánicos, hacen que raras veces los aceites minerales puros, incluso los más refinados pueden soportar las exigencias que se les demandan, sin la incorporación de productos capaces de modificar ciertas características o el curso de algunas de las transformaciones a las que inevitablemente dan lugar las mencionadas condiciones. Dichos productos químicos, que se incorporan generalmente en pequeñas cantidades, para mejorar el comportamiento de un aceite, en relación con uno determinada aplicación, se llaman "ADITIVOS". En ciertos casos, los aditivos pueden ampliar el campo de utilización de un lubricante, dotándole de alguna propiedad que no poseía o que tenía muy amortiguada así, a las funciones que se enunciaban como propias de los lubricantes, pueden sumarse lo de servir de vehículos para los agentes que reúnen o les confieren dichas propiedades. Al mejorar las características o el nivel del comportamiento de un aceite, estos agentes puedden hacer posible, a su vez, un ulterior desarrollo técnico del equipo a que van destinados; círculo muy característico de esta industria. Debe aclararse que el papel de los aditivos es reforzar en algún sentido las características de los aceites boses, pero que en ningún coso pueden considerarse como sustitutivos de un buen refino o nivel de calidad por el contrario, la respuesta de los aceites a los aditivos suele ser menor, cuanto menos refinados están. aceites a los aditivos suele ser menor, cuanto menos refinados están. Los primeros aditivos empleados en los aceites lubricantes eran productos naturales o de composición relativamente sencilla. Durante los últimos anos, los productos han ido ganando en complejidad. Centenares de productos químicos han sido ensayados, lo que ha supuesto un inmenso trabajo de experimentación, tanto en laboratorio como en servicio. Actualmente, la fabricación de aditivos exige unas técnicas muy especializadas.no solo para las operaciones de fabricación y síntesis, sino para la evaluación de los productos obtenidos, este ultimo en el que nunca sera demasiado insistir. La operación de la dosificación y mezcla de los aditivos con el aceite base, es muy delicada y debe llevarse consumo cuidado. La elección del aditivo mas adecuado en función tanto de las características del lubricante a que se ve a Incorporar, como de la misión a que este se destina. En todo caso, se han de tener en cuenta propiedades tales, como la buena sensibilidad del aditivo en el aceite, su compatibilidad, con otros aditivos eventualmente presentes, su estabilidad, una volatilidad baja,una pequeña solubilidad en agua, y, a ser posible, unas características de aspecto y olor no desagradares. Dada la complejidad a que hacemos referencia, es d i f í c i l intentar una clasificación de los aditivos, basada en su composición química, por el excesivo número de subgmpos a que conduce, si se quiere que éstos tengan un valor representativo de sus cualidades. En preferibles seguir la tendencia más generalizada y agrupar los productos deacuerdo con dichas cualidades, es decir, según la misión que cumplen, aunque debido al carácter multifuncional de muchos de ellos, sea inevitable una falta de nitidez en las demarcaciones. Se saldría fuera de los límites de esta exposición intentar una relación exhaustiva de los aditivos que hoy se emplean en la fabricación de lubricantes y nos limitaremos a señalar los grupos que por sus aplicaciones y mayor utilidad consideramos más importantes. Una primera aproximación en este sentido pretende dar la clasificación siguiente: 1 - Aditivos que modifican algunas de las propiedades f í s i c a s del a c e i t e . a) Aditivos mejoradores del índice de viscosídod. b) Aditivos depresores del punto de congelación. 2 - Aditivos que mejoran el comportamiento del aceite en las regiones de la lubricación límite, a) Aditivos de untuosidad. 3 - Aditivos antidesgaste. 4'Aditivos que mejoran la resistencia del aceite a las transformaciones químicas. a) Aditivos anti-oxidantes. b) Aditivos detergentes/dispersantes. 5.- Aditivos ant i espumantes. LOS ADITIVOS. SU RAZON DE SER. Antes de las segunda querrá mundial se había perfeccionado tanto la técnica de refino de las fracciones lubricantes, obtenidas a partir del petróleo que no se creía posible que se pudiera lograr la calidad de los aceites para motores; o sea que con los métodos de refino empleados, especialmente a base de disolventes, se conseguían aceites minerales puros, de un nivel de calidad muy alto. Sin embargo, debido a las exigencias, tanto de la guerra origen en gran parte de los progresos técnicos como de los nuevos motores diseñados, los aceites minerales puros denominados todavía ' Aceites Clasicos " respondían de una manera imperfecta, a les nuevas exigencias de lubricación. Necesitaban encontrar "algo" que independientemente del refino, permitiera simultáneamente conseguir una mejora en las características de los aceites base, realzar algunas de sus múltiples propiedades potenciales y, todavía más darles nuevas propiedades. Esta limitación cualitativa de los aceites minerales puros, y este "algo" cuya necesidad de encontrar era ceda vez más apremiante, han sido la base creadora de los aditivos. Para hacer notar la importancia de 1os aditivos sobre la mejora de los aceites base es conveniente señalar que la presencia de cantidades muy pequeñas de estos aditivos es suficiente para mejorar profundamente el comportamiento de los aceites lo que hace que el descubrimiento, y sobre todo la generalización del empleo de estos productos, hayan sido todo un éxito en el campo de la fabricación de los aceites modernos para motores. Los aditivos son productos muy complejos, que honrren a los químicos que los han descubierto y puesto a punto, y también a los ingenieros mecánicos que han hecho destocar su poder, su compleJtdad, y además estudiar las condiciones de empleo, así como sus limitaciones. meJores Estos oditivos, han creado una industria intimamente unida a la del petróleo. Es una industria joven, en desarrollo continuo, en la que casi cada día aparecen nuevos productos, cuya forma de acción exacta, incluso la de los más antiguos, no es todavía perfectamente conocida. No obstante esto no debe pensarse que es suficiente con agregar una cierta cantidad de cualquier aditivo a un aceite base cualquiera, para obtener el m e j o r aceite del mundo. En la práctica, la acción de un aditivo, 1o que aveces se denomina " su respuesta " a un aceite base dado, depende de factores muy variados y diversos. Porun lado, de la composición química y de la cantidad de aditivo utilizado, así como del tipo, grado de refino y naturaleza química predominante del aceite base, y, por otro, del elemento "motor* en el que se va autillzar el aceite, es decir, de su tipo, de sus antecedentes de fuuncionamiento, de su estado mecánico, y finalmente, de las condiciones del servicio que debe realizar normalmente. El empleo de los aditivos debe estar en relación a sus necesidades, es por esto que la utilización irracional de los aditivos puede producir efectos contrario para los que fueron creados, ya que al intentar suprimir une imperfección se puede desencadenar otra. En cambio una buena combinación de varios aditivos de funciones diferentes, puede lllevar a mejores resultados que los tendriamos si utilizaremos cada aditivo por separado. Estas condiciones demuestran cuan d i f í c i l es lograr el éxito en una formulación de aceites. En realidad los aditivos no han sido creados paro corregir los defectos de los aceites base, sino que son productos nuevos e indispensables, que se incorporan en los aceites de calidad. Cada día se les pide que resuelvan nuevos problemas que la mayoría de las veces no son de engrase, y que no se solucionarían con los aceites minerales puros. Los aceites para motores que contienen aditivos denominados antioxidantes, anticorrosivos, detergentes, etc. no representan una argumentación comercial, sino que responden a las exigencias, cada dfa més severas, impuestas por el avance del progreso. CLASIFICACION DE LOS ADITIVOS. Los adi ti vos para 1 os acei tes clasificarse según que actúen sobre: de motores pueden a) Las propiedades Físicas es decir, sobre; - el color y la fluorescencia; - la viscosidad y el índice de viscosidad; - el punto de congelación. b) Las propiedades Físico Químicas tales como; - el poder dispersante; - la redución del frotamiento y del desgaste; - lo aptitud al rodaje; - el poder ant i herrumbre; - lo resistencia a formar espumas. c ) Las propiedades Químicas en particular sobre: - la resistencia a la oxidación y a la corrosión. Esta clasificación es realmente aproximado ya que muchos aditivos son multifuncionales, es decir, que un mismo aditivo puede actuar sobre varias propiedades o la vez por ejemplo: - índice de viscosidad-punto de congelación-poder-disper sante; - resitencia o la oxidoción-resistencio o la corrosión; - color-punto de congelación, etc. Los indicaciones que se don o continuoción sobre todos estos aditivos no constituyen un estudio completo sobre cedo uno de ellos, sino solomente lo presentación de los elementos básicos. APLICACION DE ACEITES Y GRASAS APLICACION DE LOS DIFERNTE5 LUBRICANTES. Ahora que ya tenemos cierta idea de lo que es un lubricante, vemos a examinar algunos métodos diferentes de apliceción de lubricantes y veamos cómo funcionan cada uno de ellos. Primero discutiremos métodos de apliceción del aceite, y después métodos de aplicar grasa. El aceite se puede suministrar por muchos métodos diferentes. La mayor parte de estos métodos se usan. Los dispositivos para aplicarlo pueden ser sumamente sencillos, o pueden ser completamente automáticos y equipados con mecanismos de seguridad para advertir la falta de lubricación o las temperaturas excesivas que está soportando. Botella Aceitera.- Como su nombre lo indica, estas aceiteras consisten de un depósito en forma de botella invertida con un cuello roscado pare montarla en le parte superior de un cojinete. Un vástago de metal o pistón alimenta el aceite desde el deposito al e j e que se mueve sobre el lubricante. Aceitera con Alimentación de hecha.- Este aceitero emplea el principio de sifón para enviar el aceite por medio de la acción capilar de un material poroso como la hebra de hilaza de una mecha. Aceitera por Alimentación de Goteo.- Se usa ampliamente en todos los tipos de méquinaria pere lubricar cojinetes, engranes, cadenas de transmisión, etc. En esta copa gotera el f l u j o del aceite es controlado por una válvula de aguje ajusteble. Lubricación Manual.- Es la aplicación directa de aceite a una parte de la máquina en movimiento que puede ser lubricada manualmente. Esta es muy usada en equipos viejos. Esta es también usada en equipos nuevos con pequeños baleros con poco movimiento. Anillo de Lubricación- El principio de lubricación del anillo es bastante sencillo. La lubricación se lleva a cobo por medio de anillos alrededor del e j e los cuales tienen un diámetro interior más grande que el exterior del eje. El c o j i n e t e esta previsto de una abertura o ranura en el cual se desplaza libremente el anillo, con una tapa articulada sobre la mitad superior del eje. Lubricación por Cadena- Es otra adaptación de la lubricación por anillo, en este caso se utiliza una cadena en lugar del anillo. La flexibilidad de la cadena le permite establecer contacto con mayor superficie del e j e que el anillo. Como resultado de ello la cadena suministrará mayores cantidades de aceite a bajas velocidades Que los suministraría el anillo. Baño de aceite.- Es otro método de aplicar lubricante al área del cojinete. En el baño de aceite, el cojinete se pone en contacto con el ¿ j e en un baño de aceite. Este tipo de lubricación es muy económico y no requiere otra atención que la inspección regular del nivel correcto de aceite, y un rociado periódico y reposición del aceite del depósito. Sistema por Salpicado- Las partes rotatorias y de movimiento alternativo se sumergen en el depósito y salpican el aceite dentro de los cojinetes o en entradas o tuberías de las cuales fluye en forma de neblina por medio de la gravedod o los diferentes partes que requieren lubricación. Sistemas Centralizados de Aceite.El sistemo centralizado de lubricación suministro una cantidad controlada a medida de lubricante al área del cojinete y se dispone del sistema en el tipo de " Flujo Continuo " o bien de " Uno Descarga". El sistemo puede ser accionado o movido por fuerzo motriz y completamente automático. Ahora llegamos a los métodos usados generalmente para aplicar grasa. Se puede aplicar grasa a los cojinetes por muchos métodos diferentes. Estos métodos van desde la aplicación a mano en su forma mas sencilla hasta los sitemas centralizados de engrase y totalmente automáticos. La Aplicación a Mano.- El método mas simple de engrase, se usa para llenar de grasa ciertos tipos de cojinetes antes de su montaje fina!, o cuando llega la hora de volverlos a lubricar. Estos métodos de aplicación a mano son antieconómicos por el desperdicio que se hace. Copo Grasera de Compresión.- Se usa con bastante amplitud en ciertos tipos de máquinaria, se rosca directamente al cojinete. La copa se carga desatornillando la tapa, llenándole de grasa y volviéndola a'roscar otra vez en la base. Copa Grasera Automática- Esta es un refinamiento de la copa de compresión ordinaria. La copa grasera automática consiste de un déposito lleno de grasa, y un pistón con junta de cuero accionado por un resorte que fuerza a la grasa a entrar lentamente en el cojinete. Método de aplicación por p r e s i ó n - Este método de aplicación de grasa es el mas ampliamente usado en la actualidad. La grasa se aplica a travez de aditamentos de presión del tipo Alemite o Zertc. La grasa se puede aplicar mediante una pistola grasera de mano o bien mediante aire comprimido o electricidad. Este tipo de aire comprimido es el que vemos que se utiliza en las estaciones de servicio, o en los garages. Sistemas Central i zarina de GrasaLos sistemas centralizados de lubricación son también utilizados donde se usa la grasa. Los sistemas decentral izados de grasa son muchos veces mas dignos de confianza y económicos, en lo que a tiempo y consumo de grasa se refiere, que los diversos métodos de engrase a mano. Estos sistemas permiten la lubricación de todos los cojinetes y partes móviles de una máquina mientras ésta esté funcionando. V lo más importante todavía, estos sistemas eliminan el riesgo en la aplicación de grasa a los cojinetes que de otro modo serían peligrosas de alcanzar. MANEJO ALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCION DE LUBRICANTES. MANEJO ADECUAOO DE LUBRICANTES. En la actualidad, para cubrir las exigencias de lubricación y proceso en la industria general ,entre aceites,grasas, lubricantes y productos para proceso, cada compoñio elaboradora de lubricantes, maneja no menos de 200 productos diferentes en sus especificaciones. Esto hace complejo el manejo de lubricantes dentro de la industria; por lo que el reducir al mínimo la cantidad de lubricantes a usarse en une industria, es un factor determinante, sin embtiryo, si es posible obtener la adquisición de un solo proveedor, el manejo de lubricantes se simplifica. En caso contrario se han venido manejado lubricantes de varias mercas, o por otras razones es necesario surtirse de varios proveedores; entonces, pare simplificar su manejo, se pueden pedir las espesificaciones de los productos en existencia o en su defecto solicitar la asistencia técnica de sus proveedores. CLASIFICACION DE ACEITES INDUSTRIALES. Esto es algo que nos preocupa grandemente por conocer las necesidades sobre le manejo de lubricantes en nuestra industria nacional, como hemos dicho, el uso de lubricantes de una o más marcas provoca muchas veces confusiones en el personal del almacén y lubricación, debido a que aun siendo las mismas especificaciones o paro el mismo servicio, sus nombres son diferentes y cuando se desconocen los anólistos típicos de dichos productos no pueden orriesgorse o oplicorlos a tol o cuel máquina, o mezclarse entre sí, por consiguiente, cuando esto sucede, el problema se soluciona ordenando otro lubricante que sea el adecuado, para hacer la aplicoción o cambio en alguno máquina. ALMACENAMIENTO Y SUMINISTRO DE LUBRICANTES. ALMACEN: a) Determinar cuantos lubricantes y que cantidad de cada uno de ellos debe almacenarse. b) Determinar el espacio requerido y la resistencia de los anaqueles, de acuerdo con las dimensiones y pesos de los diversos envases. c ) Considerarle espacio requerido para los diversos equipos de manejo de envases. d) Considerar la posibilidad de combinar el almacenamiento de los lubricantes con otras substancias inflamables, t e l e s como pintura, barnices, etc. e ) Considerar la localización del almacén de acuerdo con la m e j o r situación para el residuo y envío de los lubricantes. f ) Considerar los materiales pare la construcción tomando en consideración los reglamentos contra incendios y la seguridad de la planta. DEPARTAMENTO PARA DISTRIBUCION DE LUBRICANTES. a) Determinar cuantos lubricantes y tipos de enveses deben tenerse para surtirlos. b) Considerar como se ve a distribuir el lubricante. c ) Considerar el espacio necesario para el equipo de aplicación de todas las personas encargadas de lubricar. d) Considerar el espacio necesario para el equipo misceláneo que debe existir en este departamento. e ) Considerar la localización de la fuente de energía eléctrica y de aire comprimido. f ) Seleccionar los mejores materiales de construcción y tomar en consideración todos los reglamentos que se tengan disponibles. FRICCION SECA La f r i c c i ó n seca es la resistencia q u e existe c u a n d o un o b j e t o solido seco se m u e v e t a n g e n c i a l m e n t e r e s p e c t o a la s u p e r f i c i e de o t r o e l cual toca o cuando un i n t e n t o se hace para producir tal m o v i m i e n t o . S o b r e el particular, e l f e n o m e n o d e f r i c c i ó n r e p r e s e n t a un a t r i b u t o u n i v e r s a l de la cuestión y asi es de Í n t e r e s de ios cientificos naturales, mientras es por otra p a r t e unos d e los f a c t o r e s mas i m p o r t a n t e s q u e afectan la operacion de los mecanismos y asi se c o n v i e r t e e n el Ínteres de todos los ingenieros. EL PAPEL DE L A FRICCION En el a s p e c t o de la ingeniería la f r i c c i ó n t i e n e una ascendencia m u y antigua . Una de las p r i m e r a s a p l i c a c i o n e s p r a c t i c a s de la fricción, es decir, el uso del calor de fricción e n e l a l u m b r a r de los fuegos, tiene sus raices en la prehistoria. Otras aplicaciones, es decir, el uso d e los t r i n e o s suaves, los cilindros, o rueda, a v e c e s s u p l e m e n t a d o por los l u b r i c a n t e s líquidos, m i n i m i z a los t r a b a j o s r e q u e r i d o s p a r a t r a n s p o r t e de objetos pesados d e s d e hace mas de 3.000 años. Estas m u e s t r a n t a m b i é n , una apreciación temprana del f e n o m e n o de f r i c c i ó n y su importancia. La e v a l u a c i ó n científica de los f e n o m e n o s de f r i c c i ó n es, sin e m b a r g o , mucho mas recientes q u e e l q u e estas aplicaciones t e m p r a n a s p u e d e n sugerir. Sin duda, con r e s p e c t o a la fricción cinética- la f r i c c i ó n d e los cuerpos en m o v i m i e n t o - t i e n e q u e ser n e c e s a r i a m e n t e p o s t e r i o r a la enunciación d e la p r i m e r a L e y de N e w t o n y por lo t a n t o un producto del siglo X V I I y posteriores. La i m p o r t a n c i a de la fricción puede ser v i s t a e n e l hecho d e que, como m u e s t r a n las e s t i m a c i o n e s , una p a r t e m u y sustancial del consumo de e n e r g í a total de la h u m a n i d a d se ocupa e n v e n c e r las perdidas por f r i c c i ó n durante el deslizamiento. La r e d u c c i ó n de la f r i c c i ó n , a t r a v é s d e l uso de los m a t e r i a l e s de contacto mas apropiados o t a m b i é n a t r a v é s de por la aplicación d e las sustancias lubricantes mejores, es asi un problema extremadamente i m p o r t a n t e de la tecnología moderna. Sin e m b a r g o , n o t i e n e q u e ser p a s a d o por alto que múltiples procesos de la v i d a diaria son d e p e n d i e n t e s , por su e f e c t o , de la presencia de la f r i c c i ó n e n las c a n t i d a d e s s u f i c i e n t e m e n t e grandes. P o r lo t a n t o la p r e v i s i ó n , cuando r e q u i e r e , de la f r i c c i ó n s u f i c i e n t e m e n t e g r a n d e es t a m b i é n una t a r e a de gran importancia. T o d o esta f a m i l i a r i z a d o con el h e c h o de tales procesos simples c o m o caminar, conducir un c a r r o ( e n la consideración de inicio, la parada, y arrancar), u objetos c o n t r o l a d o s por la mano, p u e d e n o se l l e v e n a c a b o r á p i d a m e n t e si la f r i c c i ó n es d e m a s i a d o baja. Cuando e s t o ocurre, las c o n d i c i o n e s se dicen que son " r e s b a l a d i z a s , " y hace un p r o b l e m a de fricción en que se d e b e encontrar un r e m e d i o . El m a n t e n i m i e n t o de la f r i c c i ó n s u f i c i e n t e m e n t e alta se r e q u i e r e t a m b i é n en la f u n c i ó n de tales d i s p o s i t i v o s c o m u n e s c o m o los c l a v o s y los tornillos y s i e m p r e que las partículas solidas, son arena, o el carbón, se sitúan en montones. M i e n t r a s las dos categorías abarcan los dos r e q u e r i m i e n t o s p r i n c i p a l e s d e la f r i c c i ó n , la f r i c c i ó n b a j a c u a n d o no se d e s e a mantenerla e n un n i v e l s u f i c i e n t e m e n t e alto ; c u a n d o es r e q u e r i d o hay un t e r c e r p r o b l e m a de alguna importancia, esa constante de f r i c c i ó n d e b e de m a n t e n e r s e d e n t r o de los limites estrechos. Un ej. tipico es s u m i n i s t r a d o por los f r e n o s de un a u t o m o v i l , lo cual n o detendrá el carro suficientemente rápido si la f r i c c i ó n es demasiado b a j a p e r o haran que los p a s a j e r o s sean lanzados a través d e las v e n t a n a s si la f r i c c i ó n es d e m a s i a d o alta. Otras aplicaciones d o n d e la f r i c c i ó n t i e n e q u e e s t a r b a j o e l control c e r r a d o están e n la industria en metales de r o d a m i e n t o y t a m b i é n en los dispositivos de precisión de muchas clases d o n d e es d e s e a d o controlar el m o v i m i e n t o en f o r m a precisa. Un cuarto p r o b l e m a , d e c o n s i d e r a b l e i m p o r t a n c i a en muchas aplicaciones practicas, esta e l i m i n a n d o la f r i c c i ó n causada por las o s c i l a c i o n e s q u e se manifiestan c o m o los chiridos, los gritos agudos y r u i d o s de charla. Lo c o n t r a r i o del requisito, es decir, esas condiciones p r o p o r c i o n a d a s aptas para la o c u r r e n c i a de la fricción por oscilación existe con r e s p e c t o a i n s t r u m e n t o s musicales de la f a m i l i a de v i o l i n , lo cual el producto suena s o l a m e n t e por m e d i o de tales oscilaciones. Para ser c o m p e t e n t e s e n la manipulación de estas situaciones e n e l actual avance de la tecnología es d e s e a b l e que los i n g e n i e r o s t e n g a n los conocimientos necesarios de los f e n o m e n o s de fricción y sus m a n i f e s t a c i o n e s . D e s a f o r t u n a d a m e n t e , las l e y e s simples de fricción enunciadas en los libros de texto e l e m e n t a l e s d e mecanica dan solo descripciones a p r o x i m a d a s de la situación q u e p r e v a l e c e cuendo los solidos se deslizan s o b r e otras superficies. LEYES C U A N T I T A T I V A S DE L A FRICION POR DESLIZAMIENTO Se e x p r e s a en los t é r m i n o s cuantitativos c o m o una f u e r z a , siendo la f u e r z a e j e r c i d a por dos cuerpos e n contacto t e n d i e n t e s a o p o n e r s e al d e s p l a z a m i e n t o tangencial r e l a t i v o de e l otro. T e n e m o s q u e distinguir e n t r e dos situaciones, es d e c i r , donde la f u e r z a aplicada es i n s u f i c i e n t e d e provocar el m o v i m i e n t o , y e l o t r o donde el deslizamiento ocurre. I T * Fig. 1. Posicion de contacto sirapl» Como p r i m e r caso tipico p o d e m o s c o n s i d e r a r un p e s o w d e s c a n s a n d o e n una s u p e r f i c i e plana h o r i z o n t a l ( Fig. 1). Si una fuerza tangencial pequeña P se aplica. es encontrado e x p e r i m e n t a l m e n t e q u e ese d e s l i z a m i e n t o no ocure. Es c l a r o e n este caso (a t r a v é s de la aplicación de la p r i m e r a L e y d e N e w t o n ) que la f u e r z a de f r i c c i ó n en la i n t e r f a c e t i e n e q u e ser i g u a l a d a e x a c t a m e n t e y opuesta a P. Si la f u e r z a se d i s m i n u y e , d i g a m o s a P / 2, el p e s o p e r m a n e c e aun en reposo, i g u a l m e n t e es c l a r o q u e la f u e r z a de f r i c c i ó n tiene que haber cambiado a P / 2, otra v e z igual y opuesta a la f u e r z a aplicada. Esto ilustra la p r i m e r a p r o p i e d a d cualitativa d e la f u e r z a de fricción: En cualquier situación donde las s u p e r f i c i e s d e contacto están e n r e p o s o y las resultantes de las f u e r z a s t a n g e n c i a l e s son mas p e q u e ñ a s q u e algún p a r a m e t r o de f u e r z a e s p e c i f i c o de esa situación particular, la f u e r z a de fricciones igualada y opuesta a las resultante de las f u e r z a s aplicadas y el m o v i m i e n t o tangencial no ocurrirá. Las e x c e p c i o n e s a esta l e y se e n c u e n t r a n s o l a m e n t e e n una escala microscópica. Como un e j e m p l o , p o d e m o s citar el h e c h o q u e ha e s t a d o o b s e r v a d o con un n u m e r o de materiales y sido p r o b a b l e m e n t e verdadero de todos los materiales que, c u a n d o la fuerza tangencial P es p r i m e r a m e n t e aplicada, un d e s p l a z a m i e n t o m u y p e q u e ñ o d e l peso en la dirección de P, a t r a v é s de una distancia de 10 E-5 plg o c u r r e casi instantáneamente y que d e s p u e s de e s o el h o r m i g u e o de p e s o s o b r e la s u p e r f i c i e c o n las v e l o c i d a d e s u s u a l m e n t e m e n o s lejanas a los 10 E-7 p l g / s e g , la v e l o c i d a d es d i m e n s i o n a d a con el t i e m p o si la aplicación de P es m a n t e n i d a Es claro que, a c o m p a ñ a n d o estos f e n o m e n o s , ahi t i e n e n q u e ser m u y l i g e r a m e n t e d i f e r e n t e s la f u e r z a tangencial P y la f u e r z a de f r i c c i ó n F. La situación siguiente que d e b e m o s considerar es una e n que la f u e r z a aplicada P es suficiente para p r o v o c a r d e s l i z a m i e n t o ; i. e.. c u a n d o P se a p l i c a , e l p e s o se m u e v e . Es encontrado e x p e r i m e n t a l m e n t e que el cuerpo se m u e v e en la dirección de P, y a partir de e s t o se sigue con que la f u e r z a de fricción, a u n q u e mas p e q u e ñ o que P, es aun colineal con P. Esto p u e d e ser considerada la segunda p r o p i e d a d cualitativa de la f u e r z a de f r i c c i ó n : La f u e r z a de f r i c c i ó n actúa s i e m p r e en una dirección positiva con r e s p e c t o a la v e l o c i d a d r e l a t i v a de las superficies. Las e x c e p c i o n e s a esta l e y son t a m b i é n s o l a m e n t e menores en la naturaleza. Ha sido encontrado que, para las superficies sin pronunciadas p r o p i e d a d e s direccionaies, la f u e r z a de fricción instantanea p u e d e fluctuar un grado a p r o x i m a d a m e n t e de su dirección asignada, c a m b i a n d o su dirección c o n t i n u a m e n t e como el d e s l i z a m i e n t o p r o c e d e . Si la s u p e r f i c i e ha t r a s l a p a d o las marcas u o t r a s r a y a d u r a s e n una dirección o s i e n d o la cara de un cristal, e n t o n c e s la f u e r z a de fricción p u e d e v a r i a r de su dirección asignada por algunos g r a d o s si el m o v i m i e n t o r e l a t i v o esta en un ángulo para la t e x t u r a de la s u p e r f i c i e L a s l e y e s restantes de la f r i c c i ó n se c o n c i e r n e n con la magnitud de la f u e r z a de fricción. T r e s r e l a c i o n e s c u a n t i t a t i v a s son r e q u e r i d a s para e x p r e s a r la magnitud de la f u e r z a f r i c c i ó n como una f u n c i ó n de las principales v a r i a b l e s observables m a c r o s c ó p i c a m e n t e , es decir, la carga aplicada, e l t a m a ñ o de la región d e l contacto, y la v e l o c i d a d de d e s l i z a m i e n t o s . L a s tres relaciones cuantitativas son: 1. La f u e r z a de f r i c c i ó n es proporcional a Ja f u e r z a n o r m a l . Esta relación n o s p e r m i t e a d e f i n i r un c o e f i c i e n t e de r e n d i m i e n t o f como la razón F / W . - A l t e r n a t i v a m e n t e , p o d e m o s e x p r e s a r esta l e y en f u n c i ó n de un ángulo constante d e l r e p o s o , o e l á n g u l o de fricción, e s t o s i e n d o el ángulo de un plano i n c l i n a d o tal que cualquier cosa situada sobre el plano, c u a l q u i e r peso, permanece e s t a c i o n a r i o p e r o que, si el ángulo se a u m e n t a por cualquier cantidad cualquiera, e l objeto se deslizara hacia abajo. f = v sin e n « v eos e í = F/N • T A N i Fig. 2. Ecuaciones de equilibrio para íuerea normal 2. La f u e r z a de f r i c c i ó n es independiente del area a p a r e n t e de contacto A a . Asi los objetos grandes y p e q u e ñ o s t i e n e n los mismos c o e f i c i e n t e s de la fricción. 3. La f u e r z a deslizamiento. deslizamiento deslizamiento de f r i c c i ó n es i n d e p e n d i e n t e de la v e l o c i d a d de Esto i m p l i c a que la f u e r z a r e q u e r i d a para iniciar es la misma que la f u e r z a para m a n t e n e r e l a cualquier velocidad especificada. el T o m a d a s juntas, estas t r e s l e y e s p r o v e e n la e s t r u c t u r a c u a n t i t a t i v a d e n t r o de la cual la f r i c c i ó n se c o n s i d e r a g e n e r a l m e n t e por los ingenieros. Es por lo tanto i m p o r t a n t e descubrir c o m o se aplican e s t r e c h a m e n t e estas l e y e s e n la practica real. Las p r i m e r a s dos l e y e s cuantitativas se o b e d e c e n g e n e r a l m e n t e bastante bien d e n t r o de algunos p o r c e n t a j e s e n la m a y o r i a de los casos. Las excepciones o c u r r e n p r i n c i p a l m e n t e con los m a t e r i a l e s m u y duros como el d i a m a n t e o en m a t e r i a l e s muy s u a v e s c o m o e l p o l i t e t r a f l u o r e t i l e n o o PTFE ( t i p i c o : T e f l o n ) . En muchos casos,las combinaciones de d e e s l i z a m i e n t o i n v o l u c r a materiales c o m o estos que o b e d e c e n una l e y de la clase F - c w p , donde sea c una constante y p una variación de f r a c c i ó n alguna parte en el r a n g o desde 2 / 3 a 1. Naturalmente, e n los casos donde la l e y se o b e d e c e , p es exactamente 1. Otro caso d o n d e la f u e r z a de f r i c c i ó n no es proporcional de la carga es d o n d e una d e las s u p e r f i c i e s tienen una capa de superficie dura d e l g a d a y un substrato. A baja carga la superficie delgada, tiene restos de c a p a d u r a intacta y p r e d o m i n a n sus propiedades fricionales . En carga alta la capa de superficie se quiebra a través y las p r o p i e d a d e s del substrato se c o n v i e r t e n en mas importantes. Las desviaciones de las segundas l e y e s cuantitativas se notan a v e c e s en el caso de las superficies muy suaves y m u y limpias, por lo que la f u e r z a de fricción puede c o n v e r t i r s e e n independientes de la carga pero proporcionales del area aparente del contacto. Tales casos se discuten posteriormente. Deberia enfatizarse que la primera y segunda leyes cuantitativas se o b e d e c e n muy bien g e n e r a l m e n t e y que las excepciones de ellas son las rarezas. L e j a n a m e n t e d i f e r e n t e es la posicion en relación a la tercera ley. Es bien conocido que la f u e r z a de fricción r e q u e r i d a para principiar eí deslizamiento es generalmente mayor que la fuerza requerida para m a n t e n e r l o y esto tiene e l l e v a n t a m i e n t o dado a la nocion que hay dos coeficientes d e la fricción, uno estático ( para las superficies en r e p o s o ) y o t r o cinético ( para las superficies en el movimiento). Estas se muestran normalmente separadas en las tablas de los coeficientes de fricción. Reciente t r a b a j o ha mostrado, sin e m b a r g o , que e s t o es una sobresimplificacion y que el coeficiente estático de f r i c c i ó n es una función d e l t i e m p o d e l contacto mientras el c o e f i c i e n t e cinético de fricción es una f u n c i ó n de la velocidad a t r a v é s del r a n g o d e las velocidades. Una representación esquemática de las g r a f i c a s típicas fricción e s t a t i c a - t i e m p o y fricción cinética- v e l o c i d a d es e l t i e m p o tipico de f r i c c i ó n estatica y se muestra en Fig. 3 y 4. Una explicación de estas curvas se r e s e r v a para una sección posterior. Debería notarse, sin e m b a r g o , a e s e c o e f i c i e n t e estático de f r i c c i ó n que v a r i a muy m a r c a d a m e n t e con el t i e m p o e n tiempos cortos de contacto estático (digamos por d e b a j o de 0.1 sec), mientras e n t i e m p o s largos de contacto e l c o e f i c i e n t e d e fricción es es una f u n c i ó n logaritmica del t i e m p o de contacto . El c o e f i c i e n t e cinético de fricción g e n e r a l m e n t e t i e n e una declinación p o s i t i v a en las v e l o c i d a d e s de d e s l i z a m i e n t o lentas y una declinación n e g a t i v a e n las v e l o c i d a d e s de d e s l i z a m i e n t o altas. Estas declinaciones t i e n d e n a ser alineadas d i r e c t a m e n t e sobre los rangos anchos d e la v e l o c i d a d cuando el c o e f i c i e n t e d e f r i c c i ó n es graficado como una f u n c i ó n l o g a r i t m i c a de la velocidad. Generalmente e l n u m e r o de las declinaciones de c u r v a s asi graficadas es bastante pequeño; i. e., eJ c a m b i o de c o e f i c i e n t e s de fricción por solo un t a n t o por c i e n t o c o m o la velocidad de deslizamiento se l e v a n t a por un factor de 10. o V +«3 tí o V u •O a> t> t O y «r •M * Tiempo de contacto Fifi,. 3- Variación de el coeíiciente de fricción estático con tiempo de contacto Velocidad deslizante Fifi. 4. Variación de el coeficiente de fricción cinético con velocidad deslizante Debido a la p e q u e ñ a declinación de la c u r v a de f r i c c i ó n - v e l o c i d a d tipica, se e n c u e n t r a que, sobre un rango de v e l o c i d a d de t a n t o como un factor de 10 E10 d e s d e 10E-8 a 10E2 in J sec, e l coeficiente de f r i c c i ó n v a r i a muy rara v e z por tanto c o m o un f a c t o r de 2. Por lo tanto, para muchos propositos e n q u e s o l a m e n t e rangos de v e l o c i d a d limitados son de Ínteres, e l c o e f i c i e n t e d e fricion cinético p u e d e ser tomado constante i n d e p e n d i e n t e m e n t e de la v e l o c i d a d de deslizamiento. Son de especial interés los sistemas de deslizamiento e n q u e e l coeficiente de f r i c c i ó n d i s m i n u y e en la medida e n q u e a u m e n t a la v e l o c i d a d . Dentro de e s t e r a n g o de v e l o c i d a d , las o s c i l a c i o n e s de fricción p u e d e n surgir, y asi el c h i r r i d o de muchos s i s t e m a s de deslizamiento se produce. Los m o d o s e n que estas oscilaciones de f r i c c i ó n se manifiestan v a r i a algo en diferentes casos, p e r o en todos los casos la explicación basica es la misma, es decir, que algunas p a r t e de los actos del sistema de deslizamiento surgen y q u e la declinación n e g a t i v a de la c u r v a f r i c c i ó n - v e l o c i d a d p r o v e e una f u e r z a d e conducción, la c o m b i n a c i ó n l l e v a a o s c i l a c i o n e s . C u a n d o es indeseado, estas oscilaciones pueden ser e l i m i n a d a s o f r e c i e n d o la amortiguación adicional, i n c r e m e n t a n d o la r i g i d e z d e l sistema, o eligiendo d i f e r e n t e s condiciones de fricción l l e v a n d o a la p r e s e n c i a de una p o s i t i v a o al menos la declinación menos n e g a t i v a de la curva f r i c c i ó n v e l o c i d a d . No d e b e r í a n d e j a r esta sección sin notar las causas de la fricción, a u n q u e estas serán e x p l o r a d a s en d e t a l l e e n una sección p o s t e r i o r . Basta decir que esas f u e r z a s d e f r i c c i ó n se p r o v o c a n p r i n c i p a l m e n t e por las interacciones e n t r e los t o m o s d e s u p e r f i c i e de los m a t e r i a l e s de contacto y por los e f e c t o s estas iinteracciones inducen en las partes de los materiales d e b a j o de la superficie. Otras causas de la fricción, entre ellos es la a s p e r e z a sobre las s u p e r f i c i e s Asi, c o n c l u i m o s esta sección con el s i g u i e n t e s u m a r i o . El coeficiente de f r i c c i ó n de las superficies de d e s l i z a m i e n t o secas es un p a r a m e t r o principalmente característico de los m a t e r i a l e s d e contacto y la capa superficial , pero a m p l i a m e n t e i n d e p e n d i e n t e s de la carga el t a m a ñ o y la f o r m a del area de contacto, y la aspereza de s u p e r f i c i e y solamente d e p e n d i e n t e de la v e l o c i d a d de deslizamiento. LEYES DE FRICCION DE RODAMIENTO La f r i c c i ó n de r o d a m i e n t o es la resistencia al m o v i m i e n t o q u e toma l u g a r c u a n d o un o b j e t o es r o d a d o s o b r e una superficie confinante. Uno p u e d e distinguir desde el principio e n t r e dos casos separados: P r i m e r o , d o n d e el cuerpo r o d a d o es de e s b o z o i r r e g u l a r , por decir un canto r o d a d o o un guijarro, y segundo, d o n d e e l c u e r p o tiene una s u p e r f i c i e s u a v e de alta perfecion g e o m é t r i c a . En e l p r i m e r caso ( f i g . 5 ) t e n e m o s una s i t u a c i ó n d o n d e la f u e r z a q u e inicia el m o v i m i e n t o de r o d a m i e n t o Fr e s i g u a l a W tang.0 d o n d e w es la carga y 0 es el ángulo e n t r e la linea v e r t i c a l y la linea u n i e n d o el c e n t r o de g r a v e d a d del c u e r p o y la p r o y e c c i ó n acerca d e cual r o d a r d e b e ser para t e n e r l u g a r . P o r lo tanto podemos d e f i n i r un c o e f i c i e n t e de f r i c c i ó n de r o d a m i e n t o f r - F r / W , lo cual p a r a e l c u e r p o i r r e g u l a r es i g u a l a T a n g . 0 ( P u e d e ser notado que, si e l c o e f i c i e n t e de f r i c c i ó n de d e s l i z a m i e n t o e n t r e el o b j e t o y t i e r r a e s m e n o r que tanga .entonces la a p l i c a c i ó n d e una fuerza t a n g e n c i a l p r o d u c i r á el d e s l i z a m i e n t o m a s bien que el rodar). Fifi. 5 Fuerza requerida para la iniciación del rodamiento Fifi. 6. Fuerza requerida para elma&tenimiento del rodamiento Fifi. ?. Fuersa requerida para Como el r o d a m i e n t o continua, cambia 0, f r e c u e n t e m e n t e t o m a valores n e g a t i v o s c o m o en ia f i g . 6. Por io t a n t o la f u e r z a d e f r i c c i ó n para m a n t e n e r e l r o d a m i e n t o a la v e l o c i d a d c o n s t a n t e a s u m e un valor p o s i t i v o tan b u e n o como v a l o r e s n e g a t i v o s . Como p r o m e d i o , la f u e r z a r e q u e r i d a para mantener el r o d a m i e n t o es m u c h o m e n o r que la f u e r z a requerida para c o m e n z a r l o y por l o t a n t o el coeficiente d e f r i c c i ó n es mucho mas b a j o una v e z q u e el r o d a m i e n t o ha c o m e n z a d o . sin e m b a r g o , el t e r m i n o "fricción de r o d a m i e n t o " se restringe g e n e r a l m e n t e para los cuerpos de casi f o r m a p e r f e c t a y con la a s p e r e z a d e superficie m u y pequeña, para tales cuerpos, la c o m p o n e n t e de aspereza de la f u e r z a de fricción es m u y baja, y por consiguiente es e n c o n t r a d o que las f u e r z a s de f r i c c i ó n m u y bajas se o b s e r v a n , con los coeficientes de fricción de r o d a m i e n t o g e n e r a l m e n t e e n el rango 5 x 10-3 a 10-5- Esta resistencia al m o v i m i e n t o no es d e b i d o a una causa principal sino mas b i e n a una combinación de las causas, cada una de las cuales t i e n d e a ser mas prominente e n algunas circunstancias, y mucho menos i m p o r t a n t e s en otras. T o m á n d o l a s su v e z , hay las siguiente: RESBALAR EN L A REGION DE CONTACTO. Si el contacto de los dos cuerpos ( d i g a m o s una e s f e r a en una superficie plana, a u n q u e otras configuraciones e s t e n sujetos a las mismas c o n s i d e r a c i o n e s ) f u e s e un punto, entonces p o d e m o s considerar que p r e v a l e c e n puras condiciones de rodamiento. En la practica, sin e m b a r g o , la región del contacto es elastica ( y en los casos e x t r e m o s plastica) d e f o r m a d a , de m o d o que e l contacto es h e c h o s o b r e un area de algún t a m a ñ o , y los puntos dentro d e l r e p o s o están en d i f e r e n t e s planos. ( Fig. 7 ) . Por consiguiente, n o es posible para la acción de r o d a m i e n t o pura tener lugar e x c e p t o en un n u m e r o muy p e q u e ñ o de puntos, sino mas bien, e n t o d o s los otros puntos, h a y una combinación de r o d a m i e n t o c o m b i n a d a con la d e f o r m a c i ó n elastica y un g r a d o se pequeño d e d e s l i z a m i e n t o . Para producir e s t e d e s l i z a m i e n t o requiere q u e la resistencia de d e s l i z a m i e n t o en la i n t e r f a c e sea vencida. P a r a lograr esto, es necesario que la f u e r z a n e c e s a r i a para producir el r o d a m i e n t o aumente. Los c o e f i c i e n t e s de f r i c c i ó n de r o d a m i e n t o p r o v o c a d o s por el deslizamiento p u e d e ser p e q u e ñ o -digamos 10E-4 o menos- pero tiende a aumentar mas alia de 10E-3 girando o c u r r e s o b r e el area de contacto, los v a l o r e s m a y o r e s q u e 10E-2 son comunes. A u n q u e las v e l o c i d a d e s de d e s l i z a m i e n t o son g e n e r a l m e n t e pequeñas ( g e n e r a l m e n t e 5 por ciento o menos de la v e l o c i d a d d e rodamiento global), no o b s t a n t e esta c a n t i d a d pequeña de deslizamiento p r o d u c e en muchos casos una m a y o r p a r t e de la resistencia total al rodar. Uno puede escribir una e x p r e s i ó n para la contribución de la c o m p o n e n t e de d e s í i z a m i n e t o f r s a la fricción de r o d a m i e n t o total en al f o r m a f r s - f k v s / v r , d o n d e v s es la v e l o c i d a d de deslizamiento , v r es la v e l o c i d a d de r o d a m i e n t o , y el f k el c o e f i c i e n t e de fricción de la fricción de deslizamiento. En el llevar a c a b o e s t e calculo, permite el hecho que alguna d i f e r e n c i a de v e l o c i d a d e n la r e g i ó n de contacto se toma c o m o d e f o r m a c i ó n elastica; s o l a m e n t e el resto de la diferencia de v e l o c i d a d se t o m a como deslizamiento. En algún sistema de contacto rotatorio ( e. g., escudos d e bola, dientes de e n g r a n a j e ) h a y otros factores que el contacto g e o m é t r i c o extendido s o b r e un area , tiende a producir el d e s l i z a m i e n t o e n la región de contacto y asi levanta el coeficiente de f r i c c i ó n e f e c t i v o . En algunos casos el rodar puro no se puede lograr e n la r e g i ó n d e contacto y algún deslizamiento global se necesita por la g e o m e t r i a ; En otros casos la f u e r z a ( e. g., fuerzas de Coriolis) actúan sobre las bolas y t i e n d e n a producir el resbalamiento. L A C A R E N C I A DE PERFECCION DE L A S SUPERFICIES DE CONTACTO. Esto es e l m i s m o factor que produce el resistir a r o d a r de cuerpos i r r e g u l a r e s que anteriormente hemos discutido p e r o e n una escala mas pequeña. Tal resultado puede resultar de i r r e g u l a r i d a d e s d e la carencia de la p e r f e c c i ó n g e o m é t r i c a d e la superficie d e los cuerpos, la superficie aspera de p e q u e n a - e s c a l a produjo d u r a n t e la manufactura, la soltura o p e r d i d a de las partículas e n las s u p e r f i c i e s de r o d a m i e n t o , o s i e m p r e la deformación plastica como resultado producido de las interacciones de las superficies durante el rodar. La i m p o r t a n c i a de este factor varia grandemente,dependiendo de las circunstancias,pero el coeiciente de fricción de r o d a m i e n t o de 1E-4 es bastante común. L A S PERDIDAS POR HISTERESIS. Durante e l rodar, d i f e r e n t e s r e g i o n e s s o b r e la bola y la superficie plana son p r i m e r a m e n t e tensadas, y entonces la tensión se libera a m e d i d a que el rodar continua y el punto d e l contacto se mueve cada v e z sobre, un e l e m e n t o del v o l u m e n o b i e n e n e l cuerpo se tensa, y la energia elastica se toma por e l ; la m a y o r í a de esta e n e r g i a se libera posteriormente a m e d i d a que la tensión se elimina del e l e m e n t o del cuerpo, pero una parte p e q u e ñ a se p i e r d e (en f o r m a de c a l o r ) debido a la histeresis elastica del material d e l que son hechos los cuerpos de contacto . Este d e s a g ü e continuado de la e n e r g i a t i e n e q u e estar b i e n hecho por la f u e r z a de rodamiento y ademas o t r o c o m p o n e n t e se suma al c o e f i c i e n t e de fricción por rodamiento. Este c o m p o n e n t e de histeresis del c o e f i c i e n t e total de r o d a m i e n t o es p e q u e ñ o para materiales, i. e., menos que 10-4, pero a d i f e r e n c i a de ios dos componentes a n t e r i o r m e n t e descritos, esta s i e m p r e p r e s e n t e , no importa que tan b i e n disenada e s t e la geeometria d e l contacto o que tan p e r f e c t a s se f a b r i q u e n las supericies. PERDIDAS SUPERFICIE-ENERGIA Cada v e z q u e dos e l e m e n t o s del area v i e n e n juntas, dos superficies libres se derrumban y su energia de s u p e r f i c i e se reduce g r a n d e m e n t e . P o s t e r i o r m e n t e , cuando las s u p e r f i c i e s se separan durante el proceso de rodamiento, es necesario que la misma cantidad de la energia de superficie se a l i m e n t e de v u e l t a al sistema; Esta necesariamente sera suministrada por la f u e r z a de rodamiento. Los cálculos sugieren que este c o m p o n e n t e , a u n q u e universalmente p r e s e n t e , es insignificante e x c e p t o b a j o las circunstancias inusuales, siendo menor que 10E-5 en muchos casos. L A S LEYES DE L A FRICCION DE RODAMIENTO. Es c l a r a m e n t e dificil de establecer l e y e s c u a n t i t a t i v a s de la fricción de r o d a m i e n t o analogas a aquellas de la f r i c c i ó n de deslizamiento p o r q u e cada uno de los mecanismos a n t e r i o r m e n t e enumerados t i e n e n sus propias l e y e s bastante d i f e r e n t e s , y por lo tanto e l coeficiente g l o b a l de la f r i c c i ó n de rodar variara d e p e n d i e n d o de que componentes de la f u e r z a de f r i c c i ó n de rodamiento son los mas importantes para el sistema particular bajo discusión. A l g u n a s notas generalizadas pueden, sin e m b a r g o , ser hechas: 1 La f u e r z a de f r i c c i ó n v a r i a como el poder de la carga, v a r i a n d o cargados, óesóe J.2 a las 2.4 veces. Para los sistemas l i g e r a m e n t e donde la d e f o r m a c i ó n en el contacto es p u r a m e n t e elástico, la fuerza de f r i c c i ó n v a r i a g e n e r a l m e n t e a baja potencia de la carga ( d i g a m o s a los 1.3 d). Para los sistemas pesadamente cargados d o n d e la d e f o r m a c i ó n piastica ha ocurrido e n e l area de contacto, la f u e r z a de f r i c c i ó n varia como la potencia mas alta de la carga, digamos la segunda. 2. Para una carga dada, la f r i c c i ó n de rodamiento es aproximadamente i n v e r s a m e n t e proporcional al d i á m e t r o del elemento. 3. La f u e r z a de f r i c c i ó n es mas baja para las superficies suaves que para las s u p e r f i c i e s toscas. 4. La f u e r z a estática de fricción es g e n e r a l m e n t e mucho m a y o r que la cinética, p e r o esta ultima es poco dependiente de la velocidad de r o d a m i e n t o , aunque cae g e n e r a l m e n t e a m e d i d a q u e la v e l o c i d a d de r o d a m i e n t o aumenta. Finalmente, c o m o un s u m a r i o general, p o d e m o s decir que la f u e r z a de la fricción de r o d a r es una fracción m u y p e q u e ñ a de la carga aplicada y esta p r o v o c a d a por un numero de f a c t o r e s diversos. CAPITULO VI FRICCION METALICA Los m e t a l e s son los participantes mas p r o m i n e n t e s d e las maquinas de hoy, y es por lo tanto natural que sean presentados e n la v a s t a m a y o r i a de los contactos de d e s l i z a m i e n t o en estas maquinas. Inevitablemente, por lo tanto, las propiedades friccionantes de los metales son de gran importancia. En las aplicaciones mas practicas, los contactos de metal de deslizamiento se o p e r a n en la presencia de las sustancias lubricantes: aceites, grasas o las peliculas solidas. No obstante, ocurre bastante f r e c u e n t e m e n t e que esa provision de un lubricante es poco p r a c t i c o o i m p o s i b l e , y entonces los metales están en contacto b a j o las condiciones secas. Tales sistemas se discuten en esta sección. Antes q u e las propiedades fricionantes de los metales secos se discutan en detalle, tiene que ser señalado que estas propiedades de los metales secos serán g r a n d e m e n t e afectadas por la presencia de peliculas superficiales sobre los metales y que, en general, un m e t a l seco encontrado en un e n t o r n o industrial sera cubrierto por una toda serie de tales peliculas, como se muestra en fig 8. Película húmeda absorbida T r a b a j a n d o del exterior al interior de metal, e n c o n t r a m o s primero una capa de oxido, producidos por ia reacción del oxigeno iei aire con el m e t a l y esta presente en todos ios metales e x c e p t o os metales n o b l e s c o m o el oro y el platino. La capa de o x i d o v a r i a ;c eí espesor d e p e n d i e n d o del metal en cuestión y 1a historia de su superficie, p e r o un v a l o r tipico del espesor de oxido puede ser 1E-6 Dlg., o 1 miera. Despues esta una capa absorbente derivada de la a t m o s f e r a . El participante p r i n c i p a l de esta capa generalmente son las noleculas d e l v a p o r de agua y del oxigeno. Esta capa en la mayoría de los casos son solamente acerca de una molécula gruesa, i. e., cerca de 1E-8 plg., aunque capas de agua mas g r u e s a s son encontradas algunas v e c e s cuando la humedad de la a t m o s f e r a es alta. Por u l t i m o , h a b r a g e n e r a l m e n t e una película aceitosa la cual puede r e e m p l a z a r p a r c i a l m e n t e la capa abso'rbente. Este película grasosa p u e d e ser d e r i v a d a de un gran n u m e r o de f u e n t e s , e n t r e ellas las gotas de aceite encontradas en las a t m o s f e r a s mas industriales o lubricantes aplicados mientras la superficie d e l metal se estuvo p r e p a r a n d o o grasas naturales de los d e d o s d e las personas que han m a n e j a d o el metal. El espesor de estas capas de grasa g e n e r a l m e n t e tienen rangos desde 1x10-7 plg. Hacia arriba. LAS PROPIEDADES FRICCIONANTES DE LOS METALES CON TAMINADOS ,S ECOS Supericies metalicas del tipo a n t e r i o r m e n t e descrito generalmennte t i e n e los coeficientes de fricción iniciales en el r a n g o 0.1 a 0.3 c u a n d o se d e s l i z a n juntos. Los v a l o r e s mas altos se alcanzan, sin e m b a r g o , si las superficies continúan deslizándose sobre o t r a s , b a j o e s t a s c o n d i c i o n e s , la película de grasa eventualmente sera desgastada. PROPIEDADES FRICCIONANTES DE LAS SUPERFICIES DE M E T A L GRASA LIBRES EN EL A I R E Es a m p l i a m e n t e creíble que una película de grasa c o m o se describe a n t e r i o r m e n t e puede ser eliminada de una superficie de metal por el uso de un solvente bueno, como la acetona o el tetracloruro de carbono. Este no es el caso enfatizado. A u n q u e las capas exteriores de la película de grasa se disuelven rápidamente en el s o l v e n t e , la ultima capa, del espesor 1E-7 plg., se mantuvo t e n a z m e n t e al metal que no se introdujo en la solucion a menos que el s o l v e n t e sea en si bastante libre de todo t i p o de grasa de el material. En la practica, la tendencia es t o d o e n la otra dirección, y si una supericie metalica p e r f e c t a m e n t e l i b r e de grasa se l a v a en un s o l v e n t e bueno del g r a d o de pureza comercial, la s u p e r f i c i e de metal recogerá contaminantes del solvente d e b i d o a la alta afinidad que tienen las sustancias grasosas por las superficies de metal limpias. Para p r e p a r a r supericies metalicas libres de grasa están disponibles dos métodos. Uno consiste en preparar una nueva superficie por un proceso de corte ya sea d e s g a s t a n d o la superficie con el papel abrasivo l i m p i o y/o el traslapar o el pulir bajo agua o alternativamente cortándole con una h e r r a m i e n t a limpia en ausencia de un f l u i d o cortador. El segundo m é t o d o consiste de disolver la película de grasa de una superficie p r e v i a m e n t e preparada, y a sea por el tratamiento con la soiucion de sosa caustica f u e r t e seguido por lavado e n el agua destilado o p e r m i t i e n d o que el v a p o r de un solvente orgánico puro se condense s o b r e la superficie y entonces se derrama, l l e v a n d o las impurezas con el. A l g u n o s trabajadores en este campo p r e f i e r e n seguir un t i p o d e tratamiento abrasivo con un s o l v e n t e de purificación. Cuando las superficies de metalicas Ubres de grasa se deslizan juntas, e l t i p o de fricción encontrada varia con la naturaleza de los metales de contacto y en menor grado con las otras v a r i a b l e s como carga, a r e a . s u p e r f i c i e aspera y velocidad. Como una r e g l a general es e n c o n t r a d o que dos tipos del c o m p o r t a m i e n t o son comunes. Se d e n o t a n , respectivamente, como el c o m p o r t a m i e n t o friccionante s e v e r o y e l c o m p o r t a m i e n t o friccionante m o d e r a d o manifestaciones tipicas de cada uno serán descritos. Observar que, en algunas circunstancias, e l comportamiento friccionante v a c i l a continuamente e n t r e ellos. i.o 0.5 TIEMPO (a) 1.0 0.5 -///////;////// TIEMPO (b) Fifi. 9. Trazos de Fricción-Tiempo: a) comportamiento de un deslizamiento severo; b) comportamiento de un deslizamiento moderado 0») Fifi. 10. Superficie desoves del deslizamiento: a) como oit amiento de un deslizamiento severocomportamiento 4e un deslizamiento moderado EL COMPORTAMIENTO FRICCIONANTE SEVERO. El c o e f i c i e n t e de fricción es alto ( generalmente e n el rango de 2.0 a 0.9). Si un d i s p o s i t i v o de f r i c c i ó n - d e t e c c i ó n con una respuesta d e - a l t a - v e l o c i d a d se utiliza.se e n c u e n t r a que hay fluctuaciones i r r e g u l a r e s g r a n d e s en los valores instantáneos de la fuerza de f r i c c i ó n ( Fig. 9). La inspección de las superficies despues de el deslizamiento se mostraran p e r o algunas huellas donde los puntos prominentes en una superficie surcada a t r a v é s de la otra ( Fig. 10), pero estas huellas serán g r a n d e s y g e n e r a l m e n t e con ios lados irregulares aparentes. L a inspección e n un microscopio expondrá las partículas g r a n d e s ( d i á m e t r o excediendo 10 E-3 plg.) transferido de una superficie a la otra. EL COMPORTAMIENTO FRICCIONANTE MODERADO El c o e f i c i e n t e de fricción es mas b a j o ( generalmente en el rango de 0.7 a 0.3). El c o e f i c i e n t e de fricción es, y a sea muy constante o a d e m a s d e l t i p o regular , en que la fuerza friccionante fluctua en una f o r m a regular entre dos posiciones eztremas bien-<lefinidas ( Fig. 9). La inspección de las superficies expondrán un g r a n n u m e r o de las lineas finas donde las protuberancias p e q u e ñ a s de una superficie surcara una pista a través de la otra ( Fig. 10). Las partículas pequeñas ( diámetro generalmente por d e b a j o de 10-3 plg) se encuentran transferidas de una superficie a la otra. Como una r e g l a general, es encontrado que el comportamiento friccionante severo se encuentra cuando dos supericies deslizantes son d e l m i s m o metal o cuando consisten en metales estrechamente similares, c o m o se muestra por la habilidad de los dos metales de f o r m a r las aleaciones o por la solubilidad sustancial de los tomos de uno de los metales en una celosía de la otra. En otros casos, es decir, cuando los metales son d i f e r e n t e s y de afinidad b a j a , las condiciones de deslizamiento m o d e r a d a s prevalecen c o m o una regla. La r e g i a g e n e r a l anterior esta sujeta a un n u m e r o de modificaciones e n circunstancias especiales. P r i m e r o , o b s e r v a n que las condiciones s e v e r a s de deslizamiento son la regla cuando uno de los m i e m b r o s del deslizamiento es muy suave ( e. g., primacía o I n d i o ) , sin c o n s i d e r a r los de otra naturaleza. Esto es debido a que el m e t a l suave abriga rápidamente el otro metal con una película de sus propios fragmentos, sobre lo cual el sistema de deslizamiento t r a e para t o d o s los propósitos prácticos el deslizamiento del metal suave sobre si. - ademas de ios metales m u y s u a v e s , algunos metales mas duros muestran el mismo efecto ( e. g., titanio, circonio, y a veces el zinc). Segundo, se o b s e r v a q u e los metales duros como el hierro, el comportamiento cromo, y e l n i c k e l n o s i e m p r e muestran e l friccionante s e v e r o hasta c u a n d o se deslizan contra si mismos. Esto se marca p a r t i c u l a r m e n t e cuando los metales mas difíciles se están deslizando en una a t m o s e r a h ú m e d a , la película de la h u m e d a d se absorbe s o b r e la de s u p e r f i c i e de metal a c t u a n d o como un lubricante m o d e r a d o . Con los m e t a l e s suaves, las condiciones severas de d e s l i z a m i e n t o e x i s t e n tanto en atmosferas húmedas como en atmosferas secas. Tercero, d e b e n o t a r s e q u e por cada metal h a y una mínima carga, tales que las condiciones severas de deslizamiento no generen cuando la carga n o r m a l d u r a n t e e l deslizamiento es menor que esta figura mínima. Ha sido m o s t r a d o que esta carga mínima es requerida para irrumpir la c a p a de o x i d o sobre la superficie del metal, asi al menos h a b i l i t a n d o algún contacto metal-metal puede ser hecho en el sistema. Esta c a r g a m í n i m a d e p e n d e en cierto grado de el metal y la naturaleza d e su película d e oxido y en la g e o m e t r í a del contacto y el acabado d e s u p e r f i c i e de ios metales pero es g e n e r a l m e n t e de la orden de 1 0 E - 3 I b . C u a n d o se utilizan cargas bajas,los coeficientes d e f r i c c i ó n de 0.3 a 0.5 son comunes y el d a ñ o d e superficie es b a j o , e s t a s características típicas de f e n o m e n o s de deslizamiento d e o x i d o sobre oxido. Como un caso especial dentro de la clasificación a n t e r i o r , s e considera el d e s l i z a m i e n t o de las aleaciones d e m e t a l . A q u i , e s n e c e s a r i o de distinguir entre aleaciones de una f a s e y multifases. Las aleaciones de fase ( e. g., la plata de m o n e d a ) se c o m p o r t a como los metales puros, teniendo generalmente p r o p i e d a d e s friccionantes similares de aquellos de su participantes mayor. La aleación multifase tiende a comportarse b a s t a n t e de otro modo, e s p e c i a l m e n t e c u a n d o la fase menos p r o m i n e n t e es mas suave que el otro. En ese caso, la f a s e mas suave se p u e d e o b t e n e r untado f u e r a de la s u p e r f i c i e de la aleación y p u e d e actuar c o m o un lubricante, asi reduce la fricción y el daño s u p e r f i c i a l . Entre los sistemas de aleación de esta nota gentil el c o b r e - g u i a n las aleaciones y en el grafito-falta hierro. PROPIEDADES DESPRENDIDAS. FRICCIONANTES DE L A S S U P E R F I C I E S DE M E T A L El c o m p o r t a m i e n t o a n t e r i o r m e n t e considerado de esas s u p e r f i c i e s de metal c u b i e r t a s p o r una capa de o x i d o ( e x c e p t o por los metales n o b l e s ) , y t o d a s la, sin excepción, se i m a g i n a r o n como siendo expuestas al a i r e y asi t e n e r sobre sus superficies una capa absorbente derivada de la atmosfera . U t i l i z a n d o técnicas especiales, es p o s i b l e de o b t e n e r las superficies de m e t a l l i b r e s de capas de oxido y libres de capas absorbentes y deslizarles juntas, y es encontrado que tales superficies tienen únicos propiedades friccionantes . Para p r o d u c i r las superficies de metal libres de capas superficiales es n e c e s a r i o trabajar en un sistema de alto vacio ( con un vacio m e j o r q u e 10-6 mm. de mercurio) y producir una nueva superficie de m e t a l maquinando f u e r a de la capa de superficie i n i c i a l m e n t e p r e s e n t e o por evaporación o r e d u c i r químicamente la capa inicial a temperaturas altas. Cuando dos superficies de m e t a l asi preparadas se juntan, aun en el alto vacio« es encontrado que t i e n e n los coeficientes de fricción muy altos, los valores d e s d e 5 a 2 0 0 son bastante comunes, y que, si el deslizamiento c o n t i n u a , h a y un alto grado de daño e n la supericie, las s u p e r f i c i e s originales se destruyen completamente. Es con frecuencia e n c o n t r a d o que, despues del deslizamiento para una distancia pequeña, las superficies se adhieren completamente unas a otras, y e n esa e t a p a una f u e r z a de tensión normal tiene que aplicarse para s e p a r a r l e s . En esta etapa el sistema no sigue las leyes normales d e la f r i c c i ó n , la f u e r z a de f r i c c i ó n es casi independiente de la carga aplicada, sino es mas bien proporcional del area del contacto. En realidad, las superficies se comportan como si hubiesen e s t a d o soldadas juntas, y sin duda el proceso que han s u f r i d o seria un modo satisfactorio de producir las soldaduras f u e r t e s . Como en el caso del deslizamiento metálico limpio en el aire, es encontrado q u e los metales muy duros, e. g., nickel y cromo, no inter actúan bastante fuertemente e n la c o n d i c i o n de desprendimiento c o m o lo hacen los metales mas suaves, y los coeficientes de f r i c c i ó n de 2 a 3, sin el acompañamiento de la soldadura gruesa, es la regla. Puede p r e g u n t a r s e cual de las tres condiciones secas-de deslizamiento a n t e r i o r m e n t e descritas da al coeficiente de fricción " real " de los metales en deslizamiento. A primera vista parecería que s o l a m e n t e con superficies desprendidas tenemos un sistema puro y por lo tanto parecería que es la mejor condicion para medir los c o e f i c i e n t e s de f r i c c i ó n r e p r e s e n t a t i v o s . La consideración cuidadosa del problema ha mostrado, sin embargo, que la inusual falta del deslizmiento de metal desprendido, es d e c i r , e l c o e f i c i e n t e de fricción alto, esta provocado por e l a u m e n t o e n o r m e en el area del contacto real a medida que el d e s l i z a m i e n t o progresa, de modo que el coeficiente de fricción realmente observado depende mucho mas de la geometría de deslizamiento que hacen los metales sobre si mismos. Por lo tanto, es el valor del coeficiente de fricción medido en el aire, d i s t o r s i o n a d o por la presencia de las capas de oxido y películas absorbentes, que es considerado ser el mas cercano del coeficiente de fricción " r e a l " de los metales. APLICACION DE ALGUNOS VALORES DE L A FRICION SECA A ALGUNOS SISTEMAS LUBRICADOS Los datos p r e s e n t a d o s anteriormente sobre la fricción de las superficies metaiicas secas es a v e c e s aplicable también al caso de las superficies lubricadas. Es encontrado que cada lubricante tiene una t e m p e r a t u r a e f e c t i v a m a x i m a sobre cualquier metal, si la superficie de d e s l i z a m i e n t o esta mas caliente la e f e c t i v i d a d del lubricante d e s a p a r e c e c o m p l e t a m e n t e . En estas t e m p e r a t u r a s alias, las p r o p i e d a d e s d e f r i c c i ó n de los metales lubricados se aproximan a aquellas de los mismos metales limpios y deslizándose en el aire. Las t e m p e r a t u r a s criticas de los lubricantes comunes están g e n e r a l m e n t e e n el rango de 250 para 400 F. CAPITULO VII L A FRICCION DE LOS NO METALES Con r e s p e c t o a sus propiedades fricionantes, los no metales muestran una m a r c a d a d i f e r e n c i a de Los metales. Estas diferencias surgen, b á s i c a m e n t e , del hecho que los metales t i e n e n las superficies cual, c u a n d o están desnudas, tienen altos reactivos con el oxigeno y v a p o r de agua e n el aire y t a m b i é n tiene e n la superficie altas e n e r g í a s libres, de modo que esos gases y películas grasosas similares tienden a ser f u e r t e m e n t e absorbidos en ellos. Por c o n s i g u i e n t e , v a r i a c i o n e s anchas en las p r o p i e d a d e s friccionantes de los m e t a l e s se encuentran, e n dependencia del grado exacto d e l i m p i e z a de las superficies, y es i m p o r t a n t e conocer si los m e t a l e s se cubren por una película de grasa, por una pelicula de oxido, o por ninguna película de cualquier clase. Con los no m e t a l e s , por otra parte, esta cuestión de contaminación es de m e n o r importancia. La cuestión de f o r m a c i o n de oxido n o s u r g e e n la mayoría de los casos, y absorbe películas de d i v e r s a s clases, mientras bajo algunas condiciones tienen un efecto s i g n i f i c a t i v o sobre las propiedades de los no metales, no les afecta p r o f u n d a m e n t e como aquellas de las superficies de metal. Un factor que t i e n e que ser l l e v a d o en mente considerando las propiedades friccionantes de los nometales es que, en contradicion con los m e t a l e s que f o r m a n una clase bastante homogenea, los n o m e t a l e s v a r í a n mucho mas ampliamente entre si mismos, c o m o lo h a c e n m u y d i f e r e n t e s sustancias, t o d o s de impotancia f r i c c i o n a n t e , c o m o el diamante, el hule, el concreto, e l cuero, el nylon, el g r a f i t o , la madera, y el hielo. Sin e m b a r g o , a pesar de esta d i f e r e n c i a ancha, es encontrado que las propiedades de los no metales son b a s t a n t e uniformes, de modo que podemos enumerar un p r o m e d i o o un comportamiento friccionante típico y entonces continuar c o n s i d e r á n d o l o como diversas sustancias individuales d i v e r g e n de la norma. Cuando los n o m e t a l e s sin lubricar se deslizan sobre si mismos muestran g e n e r a l m e n t e c o e f i c i e n t e s de fricción cinéticos ( e n el rango de v e l o c i d a d 1 a 100 cm / sec) de 0.4. a 0.3., con los coeficientes estáticos ( e l t i e m p o del contacto i a 100 sec) e n el rango 0.6. a 0.4. El daño y el uso de superficie es moderado, i. e., mas pequeña p a r a l o s m e t a l e s limpios de dureza comparable. Naturalmente, los nometales suaves muestran mas daño y uso de superficie b a j o las condiciones comparables de la carga y la distancia del v i a j e que hagan los nometales mas duros. No metales generalmente t i e n e n los coeficientes de fricción disminuidos por 0.1 aproximadamente cuando están húmedos. Cuando los n o m e t a l e s se deslizan en otros materiales, y a sea metal o nometal, es e n c o n t r a d o que las propiedades friccionantes tienden a ser aquellas del material mas suave y que la naturaleza d e l material mas d u r o hace la diferencia pequeña. Esto es debido a q u e el material mas duro, e n la m a y o r i a _ d e los casos, llega a ser cubierto por las partículas del material mas suave de m o d o q u e con el t i e m p o n u e s t r o s i s t e m a de d e s l i z a m i e n t o consiste del material mas s u a v e deslizándose sobre si. Los nometales o b e d e c e n generalmente las l e y e s de la fricción de deslizamiento. Sin e m b a r g o , hay un n u m e r o de d i v e r g e n c i a s del comportamiento p r o m e d i o anteriormente e s b o z a d o , casi todas son explicables en función de las peculiaridades e n las propiedades mecanicas, s i e n d o e l resultado de los f a c t o r e s estructurales excepcionales. Lo siguiente es tipico: 1. El D I A M A N T E . El diamante, la sustancia mas dura conocida, es notable por su c o e f i c i e n t e de fricción bajo cuando se desliza contra si o contra otros materiales y es de ínteres como un material de aplicación de instrumentos. Aparece, sin embargo, que esta fricción baja es d e b i d o a p e l í c u l a s a b s o r b e n t e s sobre la superficie diamantada, y si las s u p e r f i c i e s diamantadas son desprendidas, los aumentos de f r i c c i ó n son de cerca de 0.05 a cerca de 0.4. Otra peculiaridad d e l d i a m a n t e es que, cuando se desliza contra o t r o diamante, la c o m b i n a c i ó n no o b e d e c e las l e y e s de la fricción de d e s l i z a m i e n t o e n q u e la f u e r z a de f r i c c i ó n v a r i a c o m o 0.8 de la carga mas b i e n q u e 1.0. Esta a n o m a l i a e n e l c o m p o r t a m i e n t o es d e b i d o al h e c h o q u e e l d i a m a n t e es tan d u r o que, c u a n d o un d i a m a n t e se p r e s i o n a e n otro, la d e f o r m a c i ó n de las s u p e r f i c i e s es elastica mas b i e n q u e plástico. En e l d i a m a n t e n o es c o m ú n q u e m u e s t r e una marcada anisotropia f r i c c i o n a n t e y es e n c o n t r a d o que, e n una s u p e r f i c i e d i a m a n t a d a tipica, una mucho m a y o r f u e r z a d e f r i c c i ó n es r e q u e r i d a p a r a causar deslizamiento en algunas d i r e c c i o n e s q u e e n otras. Relacionado con esto es e h e c h o q u e una cara d i a m a n t a d a p u e d e ser p u l i d a mas r á p i d a m e n t e e n algunas direcciones ( las d i r e c c i o n e s altas-fricción) que en otros ( direcciones b a i a s - f r i c c i o n ) . 2. POLYTETRAFLUOROETHYLENE, PTFE ( TEFLON ). Este plástico se n o t a por su gran i n e r c i a q u í m i c a d e b i d o a la fuerte unión c a r b o n o - f l u o r en su estructura. El a c o m p a ñ a r esta, o b s e r v a q u e t i e n e e n e r g i a superficial m u y baja. Por consiguiente, T e f l o n t i e n e un s e n t i d o " d u r m i e n t e " y m u e s t r a la t e n d e n c i a m u y pequeña d e f o r m a r los enlaces f u e r t e s con otros m a t e r i a l e s . Por lo tanto, su c o e f i c i e n t e de f r i c c i ó n es m u y bajo, v a l o r tan b a j o c o m o 0.04 q u e se o b s e r v a c o m u n m e n t e e n carga alta y v e l o c i d a d e s de d e s l i z a m i e n t o bajas. 3. GRAFITO, DISOLFURO DE MOLIBDENO,YODURO DE C A D M I O . Estas sustancias son b a s t a n t e d i f e r e n t e s en su c o m p o s i c i o n , e l t i p o de enlace químico, y p r o p i e d a d e s generales, p e r o t i e n e n una cosa e n común; Es decir, t o d a s c o m p a r t e n una estructura d e capa-celosia. Decir eso, su estructura de cristal es tal que hojas e x i s t e n d e n t r o de sus c e l o s í a s d e c r i s t a l d e n t r o de los cuales los tomos son empaquetados estrachamente y fuertemente aglutinados; Estas hojas se s e p a r a n por distancias r e l a t i v a m e n t e grandes y se m a n t i e n e n unidas por f u e r z a s residuales debiles. P o r e j e m p l o , e n e l g r a f i t o , una f o r m a cristalina del carbono, la distancia d e los t o m o s d e n t r o de las hojas es 1.4 E-8 cm p e r o e n t r e las hojas es tanto c o m o 3.4 E-8 cm ( Fig. 11). ^ ^ V — — ^ 3.4 x 10"® CH. ^ I 1.4 * l < f 8 CM. Fifi. 11. Estructura i * celocia 4* firaíito Por c o n s i g u i e n t e , a u n q u e hay fuerzas atractivas fuertes d e n t r o de las hojas de g r a f i t o , las f u e r z a s q u e a g a r r a n varías hojas juntas son m u c h o mas debiles. Por lo tanto, el g r a f i t o y otros materiales de capa-celosia tienen ios c o o e f i c i e n t e s de fricción bajos ( cerca de 0.1) c u a n d o el d e s l i z a a m i e n t o t i e n e lugar en un p a r a l e l o de cara a la d i r e c c i ó n de hoja p e r o m u c h o mas altos c o e f i c i e n t e s de fricción ( cerca de 0.3) cuando el deslizar t i e n e lugar en la p e r p e n d i c u l a r a una cara. Cuando un b l o q u e multicristalino del grafito u otro material d e c a p a - c e l o s i a se d e s l i z a e n un m a t e r i a l d i f e r e n t e , c o m o una s u p e r f i c i e de metal, es e n c o n t r a d o que las placas o r i e n t a d a s p a r a l e l o a la estructura de h o j a separa por si misma del b l o q u e y se d e p o s i t a n sobre e l o t r o m a t e r i a l de m o d o que las hojas se t i e n d e n casi p l a n a m e n t e ( v e r Fig. 12). HTTAL GRAFITO it Ft¿. 12. Sup«ríicie de metal mostratvdo 1« orientación del grafito cristalizado Esto t r a e las p r o p i e d a d e s f r i c c i o n a n t e s f a v o r a b l e s del material de c a p a - celosia en juego. Con e l g r a f i t o , es e n c o n t r a d o que la f r i c c i ó n b a j a y una tasa de uso baja se d e s a r r o l l a n s o l a m e n t e en la presencia de la h u m e d a d o de a l g ú n m a t e r i a l o r g á n i c o v o l á t i l . La f u n c i ó n de esta otra sustancia es o b s c u r o , p e r o a p a r e n t e m e n t e ayuda en f u e r a de h e n d e d o r a s las placas de capa-celosia. En el caso d e l b i s o l f u r o de molibdeno, no es el material auxiliar r e q u e r i d o para p e r m i t i r que la condicion b a j a - f r i c c i o n sea mantenida. A p a r e n t e m e n t e , el suluro en la estructura c u m p l e la f u n c i ó n la cual, con el g r a f i t o , se l l e v a a cabo por la h u m e d a d o el v a p o r orgánico. 4. EL HIELO. El h i e l o n o r m a l m e n t e t i e n e un c o e f i c i e n t e de fricción muy b a j o ( 0.1 o m e n o r ), c o m o la e x p e r i e n c i a común c o n f i r m a . Esto s u c e d e p o r q u e es g e n e r a l e m t e e n c o n t r a d o c e r r a d o su punto de f u s i ó n - el calor producido por la f r i c c i ó n de d e s l i z a m i e n d o g e n e r a una película de agua q u e actúa como un l u b r i c a n t e . En t e m p e r a t u r a s m u y b a j a s la f r i c c i ó n d e l h i e l o es mucho mas alta ( 0.2 o m a y o r ) d e b i d o a que la f o r m a c i o n de agua no ocurre r á p i d a m e n t e . 5. El HULE. Las p r o p i e d a d e s friccionantes del hule son inusuales en que, y a q u e e l hule es tan suave, el v a l o r m á x i m o d e la c u r v a de f r i c c i o n - v e l o c i d a d ocurre en un v a l o r alto de cerca d e 10 plg. /seg. Por lo tanto,para v e l o c i d a d e s de d e s l i z a m i e n t o mas b a j a s que esta, el c o e f i c i e n t e e s t á t i c o de f r i c c i ó n es m e n o r que e cinético y el d e s l i z a m i e n t o silencioso es regla, m i e n t r a s a las v e l o c i d a d e s mas altas e l c h i r r i d o y e l c h i v a t e o se e x p e r i m e n t a n con frecuencia. Cuando e l hule se desliza contra otros m a t e r i a l e s e n e l e s t a d o seco, e l c o e f i c i e n t e d e f r i c c i ó n a las velocidades n o r m a l e s es e x c e p c i o n a l m e n t e alto ( d e 0.8 a 1.0). Este c o e f i c i e n t e de f r i c c i ó n alto da cuenta de la parada corta del a u t o m o v i l . CAPITULO distancia de VIII L A ASPEREZA DE SUPERFICIE Fue d a d o p r e v i a m e n t e un e s b o z o del f e n ó m e n o de f r i c c i ó n c o m o se o b s e r v a e n una escala microscópica. A l l í las manifestaciones g l o b a l e s c o m o la f u e r z a de f r i c c i ó n total y e l v a l o r p r o m e d i o d e l coeficiente de f r i c c i ó n se c o n s i d e r a r o n . A h o r a se c o n s i d e r a con m a y o r c u i d a d o las condiciones r e a l e s p r e v a l e c i e n t e s e n la r e g i o 'n de contacto. Para hacer e s t o se t i e n e que conocer algo acerca d e l m o d o q u e los m a t e r i a l e s se c o m p o r t a n en el contacto, y y a q u e esta se d e t e r m i n a a una e x t e n s i ó n g r a n d e por la a s p e r e z a de las s u p e r f i c i e s de contaco, e s t o es un punto de partida c o n v e n i e n t e . Una c o n s i d e r a c i ó n p e q u e ñ a mostrara que la a s p e r e z a es una cantidad que no p u e d e d e f i n i r s e r á p i d a m e n t e . M i e n t r a s una s u p e r f i c i e q u e es p e r f e c t a m e n t e plana da un p e q u e ñ o p r o b l e m a ( Fig. 13), muchas s u p e r f i c i e s q u e son b a s t a n t e planas tienen muchas i r r e g u l a r i d a d e s locales agudas ( Fig. 14) o s u p e r f i c i e s q u e son s u a v e s y t i e n e n una ondulación global ( Fig. 1 5 ) Sin e m b a r g o otras s u p e r f i c i e s c o m b i n a n esas i r r e g u l a r i d a d e s ( f i g . 16). y/y/////////////////// Fifi. 13- Superficie plana perfecta (muy rara). Fig. 15. Superficie lisa con ondas pronunciadas. v//////y//////7W< Fifi. 14. Superficie extendida con agudos locales irrefiulares. F1g. 16. Superficie ondeada con agudos irregulares. A u n q u e de todos los cuatro tipos de s u p e r f i c i e s q u e o c u r r e n e n la practica, la ultima es quizas mas común. La siguiente discusión p e r t e n e c e p r i n c i p a l m e n t e a las superficies de este tipo. Las irregularidades locales de una s u p e r f i c i e p u e d e n ser estudiadas muy convenientemente por instrumentos m u l t i m e d i d o r e s , e l cual c o n s i s t e e n un a p u n t a d o r d i a m a n t a d o ligeramente c a r g a d o con una multa p e r o r e d o n d e a d o al f i n a l ( c o m o una aguja de f o n o g r a f o ) que es a r r a s t r a d o a t r a v é s de la superficie y cuyos desplazamientos verticales se amplifican mecánicamente o e l é c t r i c a m e n t e . La a p a r i e n c i a de la s u p e r f i c i e puede reproducirse e n la f o r m a a m p l i f i c a d a c o m o un r a s t r e o sobre el p a p e l de grabación o calculado c o m o un v a l o r d e aspereza, g e n e r a l m e n t e la d e s v i a c i ó n de r a i z - m e d i a - c u a d r a t i c a d e una supericie p e r f e c t a m e n t e plana. A l g u n o s v a l o r e s de a s p e r e z a típicos de las s u p e r f i c i e s se muestran en la tabla 1. Tiene que ser e n f a t i z a d o q u e el perfil-medición de instrumetos no r e p r o d u c e el p e r f i l de la s u p e r f i c i e con p e r f e c c i ó n . P r i m e r o , con f r e c u e n c i a no r e p r o d u c e n las ondulaciones, i. e , las p a r t i d a s de s u p e r f i c i e e n g r a n escala de las m e n o s planas. A u n mas, no p u e d e n dar a la indicación de las r a y a d u r a s y las g r i e t a s d e s u p e r f i c i e r e f i n a d a q u e e l d i á m e t r o de la punta diamantada. Esta punta se hace g e n e r a l m e n t e con una punta d e l d i á m e t r o de cerca de 0.0005 plg- ( para las razones m e c a n i c a s - f u e r z a ) , y asi de escape de muchos del r e f i n a d o r f a l t a de la d e t e c c i ó n superficies. Existen o t r o s m é t o d o s mas r e f i n a d o s d e e s t u d i o de las superficies , e n particular, el e x a m e n e n los microscopios electrónicos y opticos, d i v e r s o s m é t o d o s de interferencia, y técnicas de adsorcion. Estos métodos indican que una s u p e r f i c i e de metal lo cual aparece b a j o e l e x a m e n con un i n s t r u m e n t o de p e r f i l medición que es muy suave puede realmente ser extremadamente tosco e n una escala mas fina, g e n e r a l m e n t e con las colinas y los v a l l e s agudos m e n o r e s a una m i c r o p u i g . e n la altura . Desde la long. de onda de la luz es cerca de 20 uin., estas f a l t a no p u e d e n ser v i s t o con el uso de las técnicas ópticas simples, pero aparecen claramente usando la microscopía electrónica y se r e f i n e n a los métodos de i n t e r f e r e n c i a de irradiación múltiple. TabU 1. F a « t « r * s típicos 4 « « s M r « a Avtrsas s^orfkws. prom*dio do « s p t r t z * , |X pulg. Tip« d* suporfkios Superficie de metal de s i e r r * S u p w f i e w de metal torr>e*do Superficie do suelo áspero Superficie de suelo fino superficie meoanioameMe pulida— superficie electrónicamente puKd* 10,000-1,000 200 50 5 2 O t r o m é t o d o p a r a e s t u d i a r las s u p e r f i c i e s q u e e s d e g r a n i n t e r é s es la a b s o r c i o n d e un gas hacia la s u p e r f i c i e . Si el gas f o r m a una p e l i c u l a d e e s p e s o r c o n o c i d o , e n t o n c e s las m e d i c i o n e s d e la c a n t i d a d d e l g a s t o m a d o p o r la s u p e r f i c i e r e v e l a e l a r e a d e s u u p e r f i c i e v e r d a d e r o . L o s e x p e r i m e n t o s de e s t o t i p o s u g i e r e n q u e la mayoria de las superficies de metal tengan un area de s u p e r f i c i e r e a l unas t r e s v e c e s m a y o r q u e su a r e a a p a r e n t e . Esto s u g i e r e la p r e s e n c i a de las colinas y los v a l l e s m u y empinados en una e s c a l a d e m a s i a d o p e q u e ñ a d e ser observable por otras técnicas o posiblemente la p r e s e n c i a d e la p r o f u n d i d a d , las g r i e t a s e s t r e c h a s e n la s u p e r f i c i e , d e n u e v o e n una e s c a l a p r o p i a fina. CAPITULO IX EL AREA DE CONTACTO H a y e n g e n e r a l t r e s r a n g o s de t a m a ñ o d e la a s p e r e z a q u e son s i g n i f i c a n t e s : P r i m e r o , una o n d a g r u e s a con una distancia g r a n d e d e p i c o a pico; S e g u n d o , m u c h o mas c o r t a s p e r o considerando las colinas y Los v a l l e s mas a b r u p t o s a b a n d o n a d o s por el u l t i m o p r o c e s o e n e l cual la s u p e r f i c i e se e x p u s o ; M i e n t r a s finalmente, en demasiada pequeña escala tienen que ser rápidamente o b s e r v a d a s , aun mas p e q u e ñ a s p e r o u n i f o r m e s las c o l i n a s d e tahúr, v a l l e s , y g r i e t a s . N a t u r a l m e n t e , no es p o s i b l e g e n e r a l i z a r esta d e s c r i p c i ó n m u c h o a d e m a s , los d e t a l l e s v a r i a r a n d e p e n d i e n d o de las circunstancias. En un caso t i p i c o la o n d u l a c i ó n p u e d e t e n e r una p e r i o d i c i d a d d e cerca d e 10-1 plg. Y una a s p e r e z a d e r m c d e 100 uin. ( i. e., un p r o m e d i o d e c l i n a d e la o r d e n de 10-3). el s i g u i e n t e las o n d u l a c i o n e s mas pequeñas pueden t e n e r un e s p a c i a d o d e 10-3 plg. Y una a s p e r e z a de r m c de 10 uin., m i e n t r a s f i n a l m e n t e las mas f i n a s d i s c o n t i n u i d a d e s t e n d r í a n un e s p a c i a d o y altura cerca de cada una 10-6 plg. Con un p r o m e d i o de d e c l i v e de cerca de 1 micro. Cuando c o n s i d e r e m o s el t r a e r juntos d e una tal s u p e r f i c i e e n c i m a de otra de a s p e r e z a similar, es n e c e s a r i o aclarar que, si la carga n o r m a l es b a j a de m o d o q u e la d e f o r m a c i ó n de s u p e r f i c i e p e q u e ñ a o c u r r e , el contacto de c i e r r e p u e d e ser h e c h o s o l a m e n t e d o n d e los m á x i m o s e n la ondulación gruesa de una s u p e r f i c i e o c u r r e q u e c o i n c i d e con los máximos en la o n d u l a c i ó n g r u e s a de la otra superficie. En o t r o s l u g a r e s , las s u p e r f i c i e s pueden ser separadas por distancias de hasta 200 uin. Hasta en los puntos d o n d e los m á x i m o s e n la ondulación gruesa coinciden, el contacto no se hace u n i f o r m e m e n t e sino s o l a m e n t e e n las crestas de las o n d u l a c i o n e s d e l o r d e n mas p e q u e ñ o . En o t r o s puntos, alli p u e d e aun ser la s e p a r a c i ó n de superficie por tanto c o m o 20 micros. la f u e r z a d e f r i c i o n e n t r e las s u p e r f i c i e s se p r o d u c e n por la interacción e n t r e sus átomos de la s u p e r f i c i e . Es conocido que esta interacción es a t r i b u i b l e a las f u e r z a s de r a n g o m u y c o r t o ( no e x c e d i e n d o g r a n d e m e n t e 10-8 plg.). Por consiguiente de e s t e r a n g o corto de g r a n d e s f u e r z a s superficiales, la m a y o r i a de las superficies, t o d a s las a q u e l l a s r e g i o n e s d o n d e la separación excede a p r e c i a b le m e n t e 10-8 plg., no contrib uyen hacia el e s t a b l e c i m i e n t o y el m a n t e n i m i e n t o de las f u e r z a s f r i c c i o n a n t e s . Es n e c e s a r i o aclarar, por lo tanto, q u e estas f u e r z a s f r i c c i o n a n t e s se p r o d u c e n s o l a m e n t e e n aquellas r e g i o n e s , con f r e c u e n c i a muy p e q u e ñ a s e n c o m p a r a c i ó n con el area g l o b a l d e l contacto de nuestras s u p e r f i c i e s , d o n d e la s e p a r a c i ó n es c o m o el c i e r r e o mas cerca que la d i s t a n c i a critica de 10-8 plg. Estas r e g i o n e s se consideran el area r e a l d e l contacto, y uno p u e d e proceder a c o n s i d e r a r que esos son los f a c t o r e s que d e t e r m i n a n el t a m a ñ o del area real del contacto. Cuando dos s u p e r f i c i e s en contacto son p r i m e r o traidas juntas, el contacto inicial se hace p r o b a b l e m e n t e e n s o l a m e n t e tres puntos ( Fig. 17). Ya q u e estos puntos t i e n e n e s e n c i a l m e n t e cero area, la t e n s i ó n i n i c i a l e n e s t o s puntos serán muy altos. Sin e m b a r g o , es conocido que las f u e r z a s c o m p r e s i v a s de los solidos es l i m i t a d a , por lo tanto, elástico, y, i n m e d i a t a m e n t e despues, ocurrirá la d e f o r m a c i ó n plastica de las superficies. Esto t e n d r á dos e f e c t o s ; p r i m e r o , el d e l que el i n c r e m e n t o del area total de contacto apunta inicial mente el p r e s e n t e y , s e g u n d o , t r a y e n d o mas puntos de contacto en existencia, i. e., d e n t r o d e l r a n g o de las grandes f u e r z a s i n t e r a t o m i c a s ( Fig. 18 ). Fig. 17. Posicion inicial d* »1 contacto de las superficie. Fig. 18. Contacto después del flujo plástico encorvado Como el area real d e l contacto crece, la tensión en los puntos del contacto d i s m i n u y e hasta que e v e n t u a l m e n t e la tensión se hace s u f i c i e n t e m e n t e p e q u e ñ a de m o d o q u e e l f l u j o plástico cesa. La m a g n i t u d de la tensión e n el cual este f e n o m e n o o c u r r e se conoce c o m o la d u r e z a de p e n e t r a c i ó n d e un m a t e r i a l . P u e d e medirse r á p i d a m e n t e por las p r u e b a s de dureza de Brinell, Vickers, o t i p o de Knoop, en que el e s f e r i c o o p i r a m i d a l e s c a l o n a m i e n t o d e b a j o del cual una carga conocida se mide. De h e c h o los " n ú m e r o s de dureza d e t e r m i n a d o s por estas p r u e b a s son r e a l m e n t e la m a x i m a tensión b a j o las condiciones de p e n e t r a c i ó n q u e el material p u e d e s o p o r t a r , en las u n i d a d e s de k i l o g r a m o s por milimetro cuadrado. Esta f u e r z a es cerca de tres v e c e s tan g r a n d e c o m o la f o r t a l e z a de o t o r g a m i e n t o elastica en la c o m p r e s i ó n s i m p l e del mismo material, c o m o ha e s t a d o m o s t r a d o tanto t e ó r i c a m e n t e c o m o experi mentalmente. Una ecuación para e l area real de contacto A r , en f u n c i ó n de la W y la dureza Pm de los materiales de contactar, es W-PmAr Observa que, si e l sistema Consiste de dos materiales d i f e r e n t e s e n la d u r e z a , p sera la d u r e z a de p e n e t r a c i ó n del material mas débil. Las condiciones especiales e x i s t e n d e b a j o la cual la d e f o r m a c i ó n plastica no ocurre sino mas bien la d e f o r m a c i ó n es p u r a m e n t e elastica. En este caso las tensiones c o m p r e s i v a s en la i n t e r f a c e serán m e n o r e s que p, , y por lo tanto el area r e a l de contacto A r sera m a y o r q u e el m o s t r a d o en Eq. ( 1 ). Un caso tipico seria el contacto de dos hojas p e r f e c t a m e n t e planas de mica como se o b t i e n e t e c l e a n d o un b l o q u e de mica. Dos hojas situadas unas e n otras p u e d e n hacer el c o n t a c t o s o b r e t o d a e l area d i s p o n i b l e d e l contacto, y asi la tensión e n la i n t e r f a c e seria d e m a s i a d o b a j a para q u e la d e f o r m a c i ó n plastica ocurra. Otro caso e n que la d e f o r m a c i ó n plastica no ocurriria esta e n el caso de un m a t e r i a l con un v a l o r muy alto para e l e s f u e r z o e l á s t i c o m a > i m o ( e. g. hule), o, utilizar materiales ordinarios, en los casos en que la g e o m e t r í a f u e c u i d a d o s a m e n t e c o n t r o l a d a ( e. g., si una superficie f u e plana y la otra una e s f e r a con acabado de s u p e r f i c i e carga m u y b u e n o ) . En t o d a s estas condiciones de casos son tales que, c u a n d o e l c o n t a c t o de las s u p e r f i c i e s es p r i m e r o , hecho, e l area inicial A r es tan g r a n d e o se hace tan g r a n d e d u r a n t e la etapa elastica inicial q u e de la d e f o r m a c i ó n nunca ocurre y por lo tanto Eq. ( 1 ) no se aplica. T i e n e que ser e n t i e n d o que los casos a n t e r i o r e s son m u y e x c e p c i o n a l e s , la m a y o r í a de las s u p e r f i c i e s t i e n e n las asperezas prominentes bastante agudas, y a sea f o r m a d a s como las s u p e r f i c i e s f u e r o n dadas su acabado f i n a l o a d e m a s m o d i f i c a d a s de esto por el uso d u r a n t e el deslizamiento. Tales superficies muestran la d e f o r m a c i ó n plastica c o m o la carga n o r m a l se aplica, y para ellas el area r e a l del contacto se g o b i e r n a por Eq. ( 1 ). T i e n e que ser e n f a t i z a d o que el area real d e l contacto c o m o se d e f i n e por Eq. ( 1 ) r e p r e s e n t a e n muchos casos s o l a m e n t e una fracción d e minuto d e l area de contacto nominal. Asi, se consideran dos s u p e r f i c i e s aceradas presionadas unas contra unas a otras b a j o una p r e s i ó n n o m i n a l de 100 psi. Desde la f u e r z a de i d e n t a c i o n d e l a c e r o es p r o b a b l e m e n t e cerca d e 3 0 0 , 0 0 0 psi, sigue que s o l a m e n t e 1 / 3,000 de las s u p e r f i c i e s e s t á n e n el contacto real, i. e., s o l a m e n t e 1 / 3,000 de la s u p e r f i c i e ha f o r m a d o "uniones" . Al i n t e r p r e t a r Eq. ( 1 ) se o b s e r v a que no h a y a c e r t i d u m b r e que, en el area r e a l d e l contacto, cada á t o m o de s u p e r f i c i e d e l material 1 esta d e n t r o del r a n g o de g r a n d e s f u e r z a s i n t e r a t o m i c a s de un átomo del material 2. Es c r e í b l e que d e n t r o de cualquier area de contactar ( l l a m a d o una unión ) H a y un n u m e r o d e brechas entre los materiales de c o n t a c t a r . Esto i m p l i c a que, en las regiones restantes d o n d e el contacto se hace, la tensión c o m p r e s i v a es mas alta que la d u r e z a de p e n e t r a c i ó n de los materiales. Esto es plausible si c o m p r e n d e m o s que e n una escala suficientemente pequeña, los m a t e r i a l e s solidos, en particular los metales muestran lejos f u e r z a s m a y o r e s de las que serian indicadas por los p a r á m e t r o s de f o r t a l e z a de m a y o r e s e s p e c í m e n e s . A p a r e c e q u e esta f o r t a l e z a se pronuncia para los e s p e c í m e n e s mas p e q u e ñ o s que cerca de 10-5 plg. Asi, es m u y posible que, d e n t r o d e cada unión c o n s t i t u y e n d o el area r e a l de contacto , h a y muchas r e g i o n e s e n que aire s e p a r a las s u p e r f i c i e s , e l contacto r e a l q u e se presenta de múltiples p e q u e ñ a s "microuniones". Desde la f o r t a l e z a teórica para m e t a l p u e d e ser t a n t o c o m o 100 veces su fortaleza de o t o r g a m i e n t o plastica, es posible que la r e g i ó n v e r d a d e r a m e t a l - a metal de contacto sea 1/100 tan g r a n d e c o m o es d a d o e n Eq. ( 1 ). La significación de Eq. ( 1 ) entonces radica e n el h e c h o que denota el t a m a ñ o d e l a r e a que es e n un incipiente i n m e d i a t a m e n t e d e b a j o de estado del flujo plástico las s u p e r f i c i e s de contacto. CAPITULO X LEYES DE FRICCION En la sección p r e v i a una f o r m u l a se d e r i v o para e l area r e a l d e l contacto lo cual e x i s t e cuando dos materiales se p r e s i o n a n juntos. A h o r a resta e x t e n d e r e s t e calculo c o n s i d e r a n d o e l caso d o n d e las superficies se p r e s i o n a n j u n t a s por una carga W y el deslizamiento se i n d u c e por una f u e r z a d e fricción F. Si s u p o n e m o s que, cuando el d e s l i z a m i e n t o o c u r r e , p o d e m o s escribir una ecuación para la f u e r z a de f r i c c i ó n total F e n la f o r m a : F= g A r ( 2 ) por lo tanto f-F/W-g/Pm ( 3 ) P e r m a n e c e para e v a l u a r la resistencia p r o m e d i o de c o r t e de las uniones q u e c o n s t i t u y e n e l area r e a l d e l contacto. Es necesario aclarar que este corte de fortaleza no puede exceder sustancialmente las f o r t a l e z a s de t i j e r a d e l m a t e r i a l mas s u a v e de contacto. Si se hizo, cada unión corta d e n t r o d e l m a t e r i a l mas suave tan p r o n t o c o m o una f u e r z a de tensión se aplica suficiente p a r a p r o d u c i r la t e n s i ó n d e t i j e r a d e e s t a m a g n i t u d . H a y considerable e v i d e n c i a que, m i e n t r a s q u e e n las u n i o n e s es bastante f u e r t e , no son mucho mas d e b i l e s en la t i j e r a que es el m a t e r i a l mas s u a v e de contacto. Evidenciar por e s t a declaración se o b s e r v a en e l hecho de que la t i j e r a ocurre d e n t r o d e l material mas s u a v e y , e n e l caso de materiales d e s c o n t a m i n a d o s , con apreciable f r e c u e n c i a . Si la r e n Eq. ( 2 ) se r e e m p l a z a por el S i m b o l o Del E l e m e n t o Samario ( tensión de tijera e n e l m a t e r i a l mas s u a v e ), la e x p r e s i ó n para el c o e f i c i e n t e de fricción p u e d e ser escrito: f=Sm/Pm ( 4 ) e s t r i c t a m e n t e hablando, la igualdad anteriores a f i r m a d a e n Eq. ( 4 ) d e b e r í a h a b e r sido mas e x a c t a m e n t e escrita en la f o r m a <, p e r o d e b i d o a m a y o r simplicidad asi c o m o a una b u e n a concordancia con el e x p e r i m e n t o la ecuación es u m v e r s a l m e n t e escrita como a n t e r i o r m e n t e se dio. En Eq. ( 4 ) e l c o e f i c i e n t e de f r i c c i ó n f es escrit c o m o la relación de dos c a n t i d a d e s s y p, r e p r e s e n t a n d o . respectivamente, la resistencia d e l m a t e r i a l mas d é b i l y el f l u j o plástico e n la tijera y e n la c o m p r e s i ó n t a l c o m o f u e m e d i d a p o r la dureza de penetración. Ya que estas son cantidades m u y similares, d e p e n d i e n d o casi de la m i s m a m a n e r a en t a l e s p r o p i e d a d e s o los materiales como e n l a z a n la f o r t a l e z a , la naturaleza de las dislocaciones, etc., no es s o r p r e s a e n c o n t r a r que la r e l a c i ó n es b a s t a n t e similar para un r a n g o a m p l i o de los materiales. A s i los materiales c o m o e l p l o m o y el acero v a r i a por mas de un f a c t o r de 100 e n la f o r t a l e z a y la p e n e t r a c i ó n de d u r e z a de t i j e r a , p e r o f, la r e l a c i ó n de estas dos cantidades, es casi la misma para el acero que para el plomo. La f o r m u l a c i ó n dada aqui explica las l e y e s de fricción: 1. El c o m p o r t a m i e n t o estático, es decir, el h e c h o q u e una c i e r t a f u e r z a t a n g e n c i a l m i n i m a es r e q u e r i d a para p r o d u c i r m o v i m i e n t o , es t i p i c o d e las d e f o r m a c i o n e s plasticas e n g e n e r a l . Cualquier m o v i m i e n t o o b s e r v a d o e n los v a l o r e s mas b a j o s d e la f u e r z a d e tijera aplicada se e x p l i c a r á p i d a m e n t e en f u n c i ó n de las d e f o r m a c i o n e s plasticas y de d e s l i z a m i e n t o de las r e g i o n e s de contacto i n d i v i d u a l 2. El h e c h o d e q u e la r e s i s t e n c i a al m o v i m i e n t o esta e n d i r e c c i ó n opuesta q u e la v e l o c i d a d de d e s p l a z a m i e n t o es o t r o c o m p o r t a m i e n t o característico de ios materiales isotropicos deformados p l á s t i c a m e n t e . S o l a m e n t e e n los casos e s p e c i a l e s d o n d e los contactos son anisotropicos o asimétricos se hace la r e g l a g e n e r a l a partir de esto. 3. La proporcionalidad de la f u e r z a d e f r i c c i ó n y la carga aplicada es una consecuencia directa del h e c h o q u e cada una es igual a una característica constante del mismo sistema m u l t i p l i c a d o por la misma area r e a l de contacto A r . 4. La i n d e p e n d e n c i a de la f u e r z a de f r i c c i ó n d e l a r e a a p a r e n t e d e contacto se explica r á p i d a m e n t e en f u n c i ó n d e l concepto que es e l a r e a r e a l , mas b i e n q u e e l area a p a r e n t e , l o cual g o b i e r n a la i n t e r a c c i ó n e n t r e los dos materiales. Esta area r e a l del contacto n o es d e p e n d i e n t e s o b r e e l area aparente. 5- La d e p e n d e n c i a d é b i l d e la f u e r z a de f r i c c i ó n s o b r e la v e l o c i d a d de d e s l i z a m i e n t o p u e d e ser e x p l i c a d o c o m o p a r t e de un f e n o m e n o mas g e n e r a l , es decir, la d e p e n d e n c i a p e q u e ñ a de las f u e r z a s de la m a y o r i a de los solidos o de la tasa de aplicación de la tensión. Un n u m e r o d e otros f e n o m e n o s f r i c c i o n a n t e s se e x p l i c a n T a p i d a m e n t e por las ecuaciones anteriores. P r i m e r o , h a y e l p a p e l de los lubricantes, lo cual f o r m a n capas d e l g a d a s de la f u e r z a d e t i j e r a b a j a e n t r e los m a t e r i a l e s de contacto, asi p r o d u c e un .sistema con la f u e r z a de t i j e r a b a j a p e r o la p r e s i ó n de f l u j o alta y por lo tanto la f r i c c i ó n baja. A lo l a r g o de las m i s m a s lineas, la g o t a de fricción umversalmente observada como velocidades de d e s l i z a m i e n t o que l e v a n t a n v a l o r e s m u y altos es una consecuencia del r e b l a n d e c i m i e n t o t é r m i c o de la capa de contacto b a j o mientras el s u b s t r a t o es r e f r i g e r a d o y por lo t a n t o ha s u f r i d o m e n o s e l r e b l a n d e c i m i e n t o ( alto p). Sin e m b a r g o , un n u m e r o de criticas d e l m o d e l o a n t e r i o r m e n t e p r e s e n t a d o ha sido a n t e p u e s t o de v e z e n c u a n d o c o n alguna v a l i d e z . En el p r i m e r lugar, no es c o m o r á p i d a m e n t e a p a r e n t e c o m o las f u e r z a s de unión e n t r e los m a t e r i a l e s de contacto, t a n f u e r t e s como las soldaduras reales, se producen, t e n i e n d o e n m e n t e que, en muchos casos, la t e m p e r a t u r a en el contacto es bastante baja y q u e la i n t e r d i f u s i o n de ios t o m o s de s u p e r f i c i e s es poco p r o b a b l e q u e ocurra. Esta o b j e c i o n ha p e r d i d o gran parte d e su f u e r z a d e s d e e l desarrollo d e l p r o c e s o " soldadura f r i a ", e n q u e ha e s t a d o m o s t r a d o q u e los m e t a l e s l i m p i o s ( e. g., el aluminio) se a d h i e r e m u y f u e r t e m e n t e c u a n d o se p r e s i o n a n juntos de m o d o tal en cuanto a e x t i e n d e y se v u e l v e o x i d o y otras peliculas superficiales. Una critica mas i m p o r t a n t e radica e n e l h e c h o q u e , a u n q u e la adherencia f u e r t e e n t r e los materiales de contacto son postulados e n la t e o r i a , es un h e c h o q u e , si la f u e r z a n o r m a l aprieta las s u p e r f i c i e s juntas se e l i m i n a , esta a d h e r e n c i a n o p u e d e ser d e t e c t a d a . Esta o b j e c i o n ha sido t r a t a d o n o t a n d o que las uniones se deforman elásticamente asi c o m o plásticamente y que el r e m o v e r la carga cesa la m a y o r i a de las uniones a m e d i d a q u e la d e s c o m p r e s i ó n elastica ocurre. T e r c e r a , la o b j e c i ó n se hace s o b r e la b a s e de q u e la t e o r i a es mas p r o n t a m e n t e a p l i c a b l e a los m e t a l e s p e r o q u e por otros materiales, c o m o e n los q u e b r a d i z o s n o m e t a l e s , la deformación plástica es i m p o s i b l e . Sin e m b a r g o , a pesar d e esto, es encontrado que tales materiales muestran propiedades f r i c i o n a n t e s similares de aquellos metales. A d e m a s , mientras los metales serian e s p e r a d o s de t e n e r m u y s i m i l a r e s razones de s / p, n o o b s t a n t e los c o e f i c i e n t e s de f r i c c i ó n o b s e r v a d o s d i f i e r e n por ios f a c t o r e s de hasta 4 ( e. g., i n d i o 2.0,titanio 0.5). En la respuesta a estos p u n t o s , t i e n e q u e ser señalado sobre el particular que r e c i e n t e s t r a b a j o s s u g i e r e n q u e los materiales q u e b r a d i z o s se d e f o r m a n p l á s t i c a m e n t e b a j o tensiones c o m p r e s i v a s altas. S o b r e el otro, la v a r i a c i ó n e n e l c o e f i c i e n t e de f r i c c i ó n del m e t a l parece ser d e b i d o al hecho d e q u e la e x p r e s i ó n para e l c o n t a c t o o d e area real, Eq ( 1 ), es algo de una s o b r e s i m p l i f i c a c i o n lo cual o m i t e la atracción a d h i t i v a s u p e r f i c i a l e n t r e los m a t e r i a l e s d e contacto. En r e a l i d a d , los m e t a l e s con una alta atracción a d h i t i v a , c o m o se define por la r a z ó n s u p e r f i c i a l e n e r g i a / d u r e z a , t i e n e n los c o e f i c i e n t e s de f r i c c i ó n mas altos. F i n a l m e n t e , h a y las o b j e c c i o n e s basadas e n la d e f o r m a c i ó n plastica, es decir, e l hecho que, si un m a t e r i a l esta b a j o f u e r t e s tensiones c o m p r e s i v a s , su f o r t a l e z a de t i j e r a es m u y b a j o . Esto sugerirla que p o d r i a n e s p e r a r s e los c o e f i c i e n t e s de f r i c c i ó n de 0.2 o mas bajos . Sin e m b a r g o , las condiciones de tensión e n las uniones s e c o m p l i c a n b a s t a n t e . d e m o d o q u e e s t e hecho p u e d e explicar los valores de fricción o b s e r v a d o s mas altos. Estos d i v e r s o s puntos han sido tratados e n algún detalle, y a q u e sugieren q u e la t e o r i a de d e f o r m a c i ó n plastica, mientras es v e r d a d en un m o d o general, presenta una gruesa sobresimplificacion del proceso de fricción. Son estos otros f a c t o r e s que determinan el hecho que las p r o p i e d a d e s friccionantes d e los materiales son nada simples o aproximadamente u n i f o r m e s c o m o la aplicación directa de Eq.( 4 ) sugerirla. OTRAS CONTRIBUCIONES A L A FUERZA DE FRICCION. Ha estado anteriormente s u g e r i d o que la resistencia principal al d e s l i z a m i e n t o es d e b i d o a la n e c e s i d a d d e c o r t e de s u p e r f i c i e de los á t o m o s f u e r t e m e n t e a d h e r i d o s de ios m a t e r i a l e s de contacto. M i e n t r a s esto en casi cada caso da cuenta d e l 80 por c i e n t o o mas de la f u e r z a de f r i c c i ó n global, h a y un n u m e r o de otros f a c t o r e s q u e d e b e n ser t o m a d o s en c u e n t a . Estos son: 1. El c o m p o n e n t e de A s p e r e z a . Este surge de la n e c e s i d a d , d u r a n t e el deslizamiento de las superficies toscas, de l e v a n t a r una s u p e r f i c i e s o b r e la aspereza de las otras. Si la a s p e r e z a t i e n e una inclinación de z, entonces una contribución al c o e f i c i e n t e de f r i c c i ó n del b r o n c e a d o z es producida. P o s t e r i o r m e n t e , sin e m b a r g o , allí p u e d e ser un c o m p o n e n t e de a s p e r e z a n e g a t i v a de la fricción, d e s d e z t e n d e r a asumir v a l o r e s n e g a t i v o s asi c o m o positivos. A l sumar todos ios contactos, se o b s e r v a q u e las r e g i o n e s de z positiva y z n e g a t i v a coexisten, de m o d o que a algunos e x t i e n d e n las t é r m i n o s de f r i c c i ó n de aspereza t e n d i e n t e s a cancelar f u e r a . L o q u e r e s t a es g e n e r a l m e n t e una contribución al c o e f i c i e n t e de f r i c c i ó n g l o b a l de el o r d e n de 0.01 o menos, r e p r e s e n t a n d o una f u e r z a f l u c t u a n t e de o r i g e n de aspereza s o b r e p u e s t o s o b r e la c o m p o n e n t e principal de la f u e r z a de fricción. Muchos libros de texto de mecanica y otras f u e n t e s p e r p e t ú a n la nocion q u e la f r i c c i ó n s u r g e p r i n c i p a l m e n t e de la acción d e la aspereza de las s u p e r f i c i e s de contacto. En m u c h o s de estos textos, las palabras " s u a v e " y "frictionless " son sinonimos. Es quiza mejor e n f a t i z a r esas s u p e r f i c i e s suaves, en las c o n d i c i o n e s c i e r t a m e n t e secas , q u e es como tener probablemente los coeficientes de f r i c c i ó n alto como superficies asperas. S i s t e m á t i c a m e n t e , c u a l q u i e r tendencia, es en la d i r e c c i ó n q u e la suavidad y la f r i c c i ó n alta v a n juntas mas bien q u e al r e v e s , la explicación es q u e las s u p e r f i c i e s s u a v e s se a d h i e r e n mas rápidamente y son m u y probables de i r r i t a c i ó n . El caso limítrofe, d e l d e s l i z a m i e n t o de las s u p e r f i c i e s de mica q u e s u a v i z a n en una escala atómica, ha e s t a d o probado, y la f r i c c i ó n m u y alta ha sido o b s e r v a d a . Una e x c e p c i ó n a p a r e n t e a e s t o r i g e a v e c e s p r e v i a m e n t e e n e l caso de las s u p e r f i c i e s l u b r i c a d a s p o r l o s l i q u i d o s . En ciertas v e l o c i d a d e s , las s u p e r f i c i e s s u a v e s p u e d e n e s t a r f u n c i o n a n d o e n un e s t a d o de la l u b r i c a c i ó n h i d r o d i n á m i c a ( f m u y b a j o ) m i e n t r a s las s u p e r f i c i e s t o s c a s son l u b r i c a d a s e n las f r o n t e r a s ( mucho mas altas f ) . Es e s t e f a c t o r , por e j e m p l o , el c o m o h a c e n las llantas de a u t o m ó v i l e s q u e p i s a n m e j o r s u a v e m e n t e e n un c a m i n o m o j a d o . Sin e m b a r g o , e s t o n o t i e n e r e f e r e n c i a al p r o b l e m a d e l deslizamiento seco. 2. El c o m p o n e n t e A r a b l e . Si una s u p e r f i c i e dura c o n u n f i n a g u d o se desliza sobre una s u p e r f i c i e suave, t i e n d e a e x c a v a r en la s u p e r f i c i e s u a v e y , d u r a n t e e l d e s l i z a m i e n t o p r o d u c e un canal. L a e n e r g i a d e la d e f o r m a c i ó n r e p r e s e n t a d a p o r e l c a n a l t i e n e que s u m i n i s t r a r s e p o r la f u e r z a de fricción, lo cual por lo t a n t o es m a y o r q u e si n i n g u n a g r i e t a h u b i e r a sido producida. S i m i l a r m e n t e , a s p e r e z a s agudas en una s u p e r f i c i e dura p u e d e n p r o d u c i r r a y a d u r a s c u a n d o se desliza s o b r e una s u p e r i c i e mas suave, y de nuevo una a d i c i ó n a la f u e r z a de fricción se involucra. L o s c á l c u l o s s u g i e r e n que, e x c e p t o e n los casos inusuales, e l c o m p o n e n t e a r a b l e de la f r i c c i ó n n o es g r a n d e , los c o m p o n e n t e s de la f r i c c i ó n a r a b l e e s t a r a n por d e b a j o de 0.0 1 s i e n d o la r e g l a . 3- C o m p o n e t e s e l é c t r i c o s . Cuando d i f e r e n t e s m a t e r i a l e s se sitúan e n contacto, es c o n o c i d o q u e t o m a n d i f e r e n t e s p o t e n c i a l e s e l é c t r i c o s respecto a l o s o t r o s . En c u a l q u i e r u n i ó n , e x i s t i r á una c a p a d o b l e m e n t e e l e c t r i c a e x i s t i r á , y la f r a c t u r a de la u n i ó n t i e n e q u e ser acompañada por la separación de diferentes cargas eléctricas y p o r lo t a n t o l l e v a a un a u m e n t o e n la f u e r z a de f r i c c i ó n . Este e f e c t o p a r e c e ser e x t r e m a d a m e n t e pequeño en c o m p a r a c i ó n con los o t r o s f a c t o r e s . CAPITULO XI T E M P E R A T U R A DE S U P E R F I C I E Como se m u e s t r a p r e v i a m e n t e , s i e m p r e q u e uno de los dos cuerpos de c o n t a c t o , p r e s i o n a d o s juntos, se desliza p a s a d o e l otro, una g r a n f u e r z a s u f i c i e n t e para v e n c e r la r e s i s t e n c i a f r i c c i o n a n t e tiene q u e s e r aplicada. Como el deslizamiento continua esta fuerza tiene q u e m a n t e n e r s e , y de e s t e m o d o la e n e r g i a se a l i m e n t a en el sistema. Esta e n e r g i a se utiliza s o b r e d i s t i n t o s modos, una d e f o r m a c i ó n e l a s t i c a d e los c u e r p o s de c o n t a c t o y sus a p o y o s , la d e f o r m a c i ó n p l a s t i c a y e l a s t i c a de las a s p e r e z a s e n el p u n t o d e l contacto, la f o r m a c i o n d e las partículas de uso, la e m i s i ó n de la e n e r g i a acustica, y calor. En la g r a n m a y o r i a de los casos, un porcentaje muy alto de la energia de entrada total se t r a n s f o r m a e n calor de fricción, y casi t o d o es g e n e r a d o e n o m u y al c i e r r e d e la r e g i ó n de contacto. A s i , En un b u e n g r a d o d e a p r o x i m a c i ó n , se supone que t o d a la e n e r g i a se t r a n s f o r m a e n calor e n la i n t e r f a c e de los cuerpos de contacto. P a r a a p o y a r la v a l i d e z de esta a p r o x i m a c i ó n , se o b s e r v a que, históricamente hablando, h u b o un e x p e r i m e n t o de f r i c c i ó n que se utilizo para d e m o s t r a r por p r i m e r a v e z la e q u i v a l e n c i a de la e n e r g i a mecanica y el calor. Fig. 19. Rotación de cilindros contactados. L a cuestión de g e n e r a c i ó n de calor y l e v a n t a m i e n t o de t e m p e r a t u r a d u r a n t e e l d e s l i z a m i e n t o es de i m p o r t a n c i a por un distinto n u m e r o de razones. En muchos casos la f o r t a l e z a mecanica de uno d e los m a t e r i a l e s de contacto cae d r á s t i c a m e n t e c o m o la t e m p e r a t u r a a u m e n t a , y t i e n e la i m p o r t a n c i a de calcular las t e m p e r a t u r a s alcanzadas durante el d e s l i z a m i e n t o para descubrir si es o n o esta t e m p e r a t u r a critica la q u e se l o g r e p r o b a b l e m e n t e b a j o las c o n d i c i o n e s o p e r a t i v a s p r o p u e s t a s . En o t r a s o c a s i o n e s un l u b r i c a n t e e l cual f u n c i o n a e f e c t i v a m e n t e esta p r e s e n t e s o l a m e n t e d e b a j o de una c i e r t a t e m p e r a t u r a . En t o d o caso, es importante conocer con alguna p r e c i s i ó n cual t e m p e r a t u r a de superficie puede existir durante el d e s l i z a m i e n t o . En este p u n t o d e b e r l a ser señalado que no es en lo absoluto fácil de d e f i n i r lá t e m p e r a t u r a de una s u p e r f i c i e c u a n d o se p r o d u c e por consecuencia d e l c a l e n t a m i e n t o por f r i c c i ó n , ya que esta t e m p e r a t u r a v a r i a a m p l i a m e n t e para d i f e r e n t e s puntos s o b r e la superficie. P r i m e r o h a y uniones e n las cuales e l contacto e n t r e las s u p e r f i c i e s se hace y e n el cual el t r a b a j o m e c á n i c o se v u e l v e calor. Estas serán las r e g i o n e s mas calientes de la s u p e r f i c i e . Para o b t e n e r i n f o r m a c i ó n p r e c i s a s o b r e la t e m p e r a t u r a en cualquier unión, t e n e m o s que conocer el t a m a ñ o de unión, la disipación de e n e r g i a f r i c i o n a n t e toda sobre su superficie, y , por supuesto, la distribución t é r m i c a de constantes y de t e m p e r a t u r a de sus a l r e d e d o r e s . N a t u r a l m e n t e , las uniones d i v e r s a s no t e n d r á n todas la misma t e m p e r a t u r a y alguna unión n o t e n d r á una t e m p e r a t u r a u n i f o r m e s o b r e su cara, de modo que uno p u e d e y a sea e v a l u a r la m a x i m a o a d e m a s p r e f e r i r algún tipo de v a l o r p r o m e d i o . A d e m a s de la t e m p e r a t u r a en las uniones, es con f r e c u e n c i a de Í n t e r e s de conocer la t e m p e r a t u r a e n la s u p e r f i c i e l e j o s de las uniones, lo cual de n u e v o tendrá que ser algún p r o m e d i o e n cierta medida. Para otros propositos, e. g.. cuando un m a t e r i a l de dos capas esta s i e n d o utilizado, uno p u e d e estar i n t e r e s a d o al e n c o n t r a r la temperatura, no e n la superficie, pero si a l g u n a distancia p e q u e ñ a d e n t r o del material d e b a j o de la superficie. El calculo de las t e m p e r a t u r a s para cualquier m o d e l o supuesto d e las c o n d i c i o n e s d e d e s l i z a m i e n t o reales se com plica e x c e s i v a m e n t e , es h a b i t u a l t r a b a j a r los m o d e l o s q u e h a n sido drásticamente simplificados p e r o que son dóciles d e calcular. Estos cálculos e n t o n c e s s i r v e n para p r e d e c i r el o r d e n de las magnitudes de las t e m p e r a t u r a s que se e x t i e n d e n durante e l d e s l i z a m i e n t o y también para hacer subir la e n t r a d a f u n c i o n a l e n que las v a r i a b l e s en el sistema de d e s l i z a m i e n t o i n f l u e n c i a n la t e m p e r a t u r a superficial. El p r i m e r t i p o de sistema a ser c o n s i d e r a d o es e l caso uniaxial como se r e p r e s e n t a , por e j e m p l o , deslizando dos c a v i d a d e s cilindricas q u e rotan una contra otra ( Fig. 19). Por e s t e sistema, p u e d e ser m o s t r a d o q u e , a s u m i e n d o q u e la f r i c c i ó n es u n i f o r m e s o b r e el area de contacto y que la única r e m o c i o n d e l calor del sistema esta por la transmisión a lo largo de los cilindros, e V2 z 1.13 gfyt J[tt 1 p l c 1 ) / 2 + ( 5 ) <k2p2c2)/2 ] Donde: 0 - l e v a n t a m i e n t o de t e m p e r a t u r a , p - presión s o b r e el area del contacto, f » c o e f i c i e n t e de fricción, v = v e l o c i d a d de deslizamiento, t = t i e m p o d e s d e que el d e s l i z a m i e n t o comenzo. J « e q u i v a l e n t e mecánico d e l calor, k, p, y c • c o n d u c t i v i d a d térmica, la densidad, y el calor e s p e c i f i c o de los cuerpos 1 y 2. Es c a r a c t e r í s t i c o d e estos , y sistemas c e r r a d o s s i m i l a r e s q u e la t e m p e r a t u r a i n t e r f a c i a l se i n c r e m e n t a con la r a i z c u a d r a d a del tiempo. Una ilustración practica p u e d e ser el sistema de f r e n a d o de un a u t o m o v i l , es decir, los zapatos de t a m b o r y f r e n o . Durante las etapas tempranas p o d e m o s suponer q u e a m b o s f r e n o s y el t a m b o r se e x t i e n d e n i n d e f i n i d a m e n t e p e r p e n d i c u l a r e s a las superficies, y Eq. ( 5 ) da la t e m p e r a t u r a e n la i n t e r f a c e si s u p o n e m o s q u e la p r e s i ó n y la f r i c c i ó n es u n i f o r m e s o b r e e l area t o t a l de contacto, etc. A u n q u e e s a s son suposiciones i d e a l e s p u e d e n mostrar con mucha claridad cuales son los f a c t o r e s i m p o r t a n t e s que p u e d e n ser m o d i f i c a d o s al v a r i a r la t e m p e r a t u r a superficial d e l sistema. El s e g u n d o t i p o de sistema que ha sido b i e n analizado es que un c u e r p o h a c i e n d o c o n t a c t o con o t r o s o b r e un a r e a l i m i t a d a de contacto y el m o v i m i e n t o s o b r e la s u p e r f i c i e d e l o t r o c u e r p o es de m o d o tal q u e la misma r e g i ó n del p r i m e r c u e r p o esta s i e m p r e e n el contacto p e r o a una d i f e r e n t e r e g i ó n del s e g u n d o c u e r p o ( Fig. 20). w». mm. "A í i g . 2 0 . Espesor de área deslizante limitada sobre otra de extensión ilimitada. Este sistema d i f i e r e de la salida e n el o r d e n de adquisición que una constante- plantea la distribución de temperatura en el p r i m e r c u e r p o que se alcanza, desde el c u e r p o d e l area l i m i t a d a del contacto por el contacto con las f a l t a r e g i o n e s d e l m a y o r c u e r p o . En este sistema nos i n t e r e s a m o s principalmente en las t e m p e r a t u r a s de e q u i l i b r i o e n la i n t e r f a c e . D e s a f o r t u n a d a m e n t e la solucion g e n e r a l no esta d i s p o n i b l e e n la f o r m a c e r r a d a . Sin embargo, a m b a s soluciones, altas y bajas velocidades son disponibles para e l caso en que el area del contacto es cuadrada. En las velocidades altas de d e s l i z a m i e n t o , el equilibrio de temperatura de la s u p e r f i c i e p r o m e d i o para e l cuerpo 1 deslizándose sobre el c u e r p o 2 esta en la f o r m a : e *\/z b ¿vy 3.76 l j l l . 1 2 * 2 X ^ 2 + V l v ) 1 ^ ] Donde XI es k 1 / p i e l y 1 es mitad el l a d o d e l cuadrado. Cuando la v e l o c i d a d de d e s l i z a m i e n t o es m u y baja, t e n e m o s : e ÍVv 4.24 lj(ki+k2> En e s t e caso la e x p r e s i ó n es simétrica r e s p e c t o a los cuerpos 1 y 2 y la t e m p e r a t u r a de l e v a n t a m i e n t o es p r o p o r c i o n a l a la velocidad de deslizamiento. Cuando la velocidad de deslizamiento es m u y alta, Eq. ( 6 ) pueden O S ser simplificada como: xí'2 ÍW 1/2 3.76 1 V 2 J kl Es el n o t a r que el v a l o r de esta e x p r e s i ó n y la ecuación e n la cual esta b a s a d a no es s i m é t r i c o r e s p e c t o a c u e r p o s 1 y 2, e n d e u d a d o s con la a s i m e t r í a pronunciada d e la situación de contacto. P o d e m o s O b s e r v a r que, aparte de las soluciones e s p e c i a l e s dadas a n t e r i o r m e n t e , la teoria de la distribución de t e m p e r a t u r a p r o d u c i d a d u r a n t e el d e s l i z a m i e n t o ha p r o g r e s a d o al p u n t o d o n d e es p o s i b l e d e calcular, con f r e c u e n c i a por m é t o d o s d i f í c i l e s , la d i s t r i b u c i ó n d e t e m p e r a t u r a r e a l s o b r e una unión ( mas b i e n que s i m p l e m e n t e una t e m p e r a t u r a p r o m e d i o ) . T a m b i é n , es p o s i b l e de d e r i v a r la distribución de t e m p e r a t u r a d e n t r o de los c u e r p o s en puntos e l i m i n a d o s de la uniones. LA TEMPERATURA ACTUALES. EN LOS S I S T E M A S DE D E S L I Z A M I E N T O En un sistema de d e s l i z a m i e n t o real, el p r o b l e m a de calcular el l e v a n t a m i e n t o de t e m p e r a t u r a se complica m u c h o mas q u e para los casos s i m p l e s a n t e r i o r m e n t e e n u m e r a d o s . Asi, g e n e r a l m e n t e n o h a y ni c o n t a c t o u n i f o r m e s o b r e e l area a p a r e n t e c o m p l e t a d e los dos c u e r p o s ni e l c o n t a c t o e n un m o m e n t o s o l a m e n t e sino mas bien contacto e n un g r a n n u m e r o de los puntos, y e s t o s son p r o b a b l e m e n t e t a m b i é n c e r r a d o s juntos, d e m o d o que la acción de uno no p u e d e ser c o n s i d e r a d o en el a i s l a m i e n t o de la acción de sus v e c i n o s . T a m b i é n , el d e s l i z a m i e n t o s o b r e el c u e r p o m a y o r n o t i e n e lugar g e n e r a l m e n t e e n un m o d o tal q u e el e s p e c i m e n principal a t r a v i e c e c u a l q u i e r p u n t o s o b r e la s u p e r f i c i e mas b a j a una vez s o l a m e n t e , sino mas b i e n el contacto es hecho generalmente sobre una pista, y el calor p r o d u c i d o d u r a n t e una t r a v e s í a t i e n e s o l a m e n t e g o t e a d o p a r c i a l m e n t e l e j a n o e n el m o m e n t o e n q u e la siguiente t r a v e s í a ocurre. No obstante, ios cálculos d e la t e m p e r a t u r a de d e s l i z a m i e n t o se l l e v a r o n a cabo con c u i d a d o y precisión y elementos permitiendo t a n b i e n c o m o sea p o s i b l e por estos distorsionadores g e n e r a l m e n t e de acuerdo con e l e x p e r i m e n t o un 30 por ciento a p r o x i m a d a m e n t e . No esta f u e r a de lugar decir que los m é t o d o s e x p e r i m e n t a l e s de la m e d i c i ó n d e la t e m p e r a t u r a supericial, e n t r e e l l o s el uso de los t e r m o p a r e s cerca de las s u p e r f i c i e s d e deslizamiento, e l uso d e los m a t e r i a l e s de contacto, o el uso d e los d e t e c t o r e s i n f r a r r o j o s de sulfuro de carga, t a m b i é n i n t r o d u c e n la i n c e r t i d u m b r e d e m u y considerable magnitud, ya que cada uno d e los m é t o d o s p r o m e d i o d e t e r m i n a n la t e m p e r a t u r a d e s u p e r f i c i e e n su p r o p i o modo. Es con f r e c u e n c i a m u y dificil de e v a l u a r el justo significado que v i n c u l a a una t e m p e r a t u r a m e d i d a por c u a l e s q u i e r a de estas técnicas. CONDICIONES A M B I E N T A L E S En la sección p r e v i a los p r o b l e m a s de f r i c c i ó n f u e r o n tratados c o m o si las p r o p i e d a d e s f r i c c i o n a n t e s de c u a l q u i e r par de s u p e r f i c i e s se d e t e r m i n a r a n c o m p l e t a m e n t e por la naturaleza inicial de las s u p e r f i c i e s y t e n d i e r a n a p e r m a n e c e r asi d u r a n t e e l d e s l i z a m i e n t o . En r e a l i d a d , un s i s t e m a d e d e s l i z a m i e n t o cuyas p r o p i e d a d e s f r i c c i o n a n t e s p e r m a n e z c a n constantes con e l t i e m p o es una r a r e z a distinta. En la m a y o r í a de los casos, los c o n t i n u o s c a m b i o s e n las condiciones de d e s l i z a m i e n t o o c u r r e n d u r a n t e las e t a p a s t e m p r a n a s del deslizar, y es s o l a m e n t e d e s p u e s d e q u e el d e s l i z a m i e n t o ha continuado desde hace algún t i e m p o q u e un e s t a d o constante se alcanza. En algunos casos, el sistema parece q u e t i e n e dos condiciones bastante d i f e r e n t e s de c u a s i - e s t a b i l i d a d y continua f l u c t u a n d o i r r e g u l a r m e n t e e n t r e ellas. En algunos casos, n o p a r e c e que c u a l q u i e r clase de e q u i l i b r i o se alcanza , y los cambios de los p a r á m e t r o s de fricción continúan i n d e f i n i d a m e n t e . En e s t e ultimo caso, es, sin e m b a r g o , g e n e r a l m e n t e e n c o n t r a d o que la tasa de la v a r i a c i ó n decae con el t i e m p o . tabla 2 . Tabla g e n e r a l de c o e f i c i e n t e s de f r i c c i ó n Condiciones Ejemplos Valores de ceefteient de fricción. Para superficies limpias General: Limpia,superficies sin lubricar Excepciones: Limpia, otros metales similares de aquellos con empacado ce rrado de estructura hexagonal. Limpia.metales similares empaca do cerrado estructura hexagonal. Limóla. aleaciones de estructura doble con una constitución del gada- deslizante contra un metal o no metal duro cualquiera de los dos. Acero en acero Cuero en madera Nylon en acero 0.5-0.3 Cobre en cobre Bronce en bronce Cromo en cromo Titaneo en titaneo Zinc en zinc Aleación cobre en plomo en acero. Babbit en acero 1.5-0.8 No metales sin uso: Hule en otros materiales Teflón en otros materiales Grafito o teflón en otros materia les. 0.65-0.35 0.3-0.15 0.9-0.* 0.12-0.04 0.16-0 08 P i ra superficies con borde lubricado | Cubierto por liquido lubricante). Lubricante sin efecto Lubricante suavemente efectivo Agua,, gasolina, metales liquidos sin humedad. Aceites minerales refinados, metales liquidos húmedos. Igual como para superficies limpias 0.3-0.15 o el valor sin lubricado, cualquiera mas bajo. También superficies de metal normalmente sin lubricar, pero no tratadas para quitar contaminantes. Lubricante altamente efectivo Aceites minerales con "lubricidad" aditiyos, aceites grasos,, buenos lubricantes sintéticos. Metal en metal o metal en no metal No metal en no metal Acero en acero Nylon en acero Nylon en Nglon 0.10-0.05 0.20-0.10 Para Superficies con Película lubricada Solida Metales duros cubiertos por una capa de metal blando. Película de plomo delgada en acero. Materiales lubricados por una capa de grafito o molibdeno bisulfuro, solo o compuesto por una atadura. 0.20-0.08 0.20-0.06 Para Superficies Hidrodinámicamente Lubricadas Una pelicula de fluido completa producida por la acción deslizante separando las superficies . (Este modo de lubricación generalmente aplicado solo a velocidades en exceso de 10 f.p.m.) 0.01-0.001 Para superficies hidr»estáticamente lubricadas 0.001-0.000,001 dependiendo de los parámetros designados. Una película de fluido completa prodicida por sobrepresión e x trema ^separando las superficies. Para sistemas de contacto de rodamiento Contacto puro de rodamiento, geo métricamente colocado cuidadosa mente así el movimiento de roda* miento ocurre sobre la región de contacto. Cilindro de rodamiento sobre un pía no 0.001 - 0 . 0 0 0 0 1 Contacto normal de rodamiento. Cierto corte ocurre en la re — gión de contacto. Monton de chumaceras comerciales O.OJ - 0 . 0 0 1 Geometría arbitraria Podado de rodamiento sobre una ladera 0.2-0.05 Para superficies desnudas Metales limpios operando en un buen vacío 1 1 0 - 6 mm de mercurio ó superior No metales (mismas condiciones) Infinito a 3.0 más bajo para metales er durecidos. CAMBIO EN L A GEOMETRIA DE L A S SUPERFICIES. Estos c a m b i o s e n las cond iciones de desliza miento pueden generalmente c o r r e l a c i o n a r s e b a s t a n t e b i e n con los c a m b i o s m e d i b l e s e n las s u p e r f i c i e s . El p r i m e r f a c t o r i m p o r t a n t e es la g e o m e t r í a d e superficies. Cuando los materiales de d e s l i z a m i e n t o están en p r i m e r lugar en el c o n t a c t o y e l d e s l i z a m i e n t o c o m i e n z a , el contacto inicial se d e t e r m i n a por el sitio de las s u p e r f i c i e s que se p r e p a r a r o n , y e s t o es n a t u r a l m e n t e m u y v a r i a b l e . c u a n t i t a t i v a m e n t e Despues de q u e las s u p e r f i c i e s p o s e e n d e s l i z a m i e n t o juntas d e s d e hace algún t i e m p o p u e d e n ser b i e n i n s e r t a d a s ( o en algunos casos d o n d e el area limitada de un c u e r p o corre en una e x p a n s i ó n ilimitada d e l otro, una de ellas p u e d e ser insertada). El e f e c t o de e s t o p u e d e ser c o m p l e t a m e n t e marcado e n e l caso de las superficies secas. Para no metales y a d i f e r e n c i a de las c o m b i n a c i o n e s de metal, es f r e c u e n t e e n c o n t r a r s e que, despues de la inserción, las uniones esten e x t e n d i d a s s o b r e toda la s u p e r f i c i e mas bien q u e limita solo algunos a i s l a m i e n t o s , y e s t e e f e c t o de e x t e n d i m i e n t o t i e n d e a r e d u c i r o " p r o m e d i a r " " las i r r e g u l a r i d a d e s en la f u e r z a de f r i c c i ó n . Con l i m p i a r los m e t a l e s o e l c o n t r a r i o , p r o l o n g a d o c o r r i e n d o c o n f r e c u e n c i a concentraran e l c o n t a c t o a partir de un g r u p o d e u n i o n e s e n la f u e r z a de fricción, y esto produce las s u p e r f i c i e s m u y toscas y una f uerza de f r i c c i ó n v a r i a b l e . El t i e m p o desde estos e f e c t o s o c u r r i d o s es n a t u r a l m e n t e d e p e n d i e n t e sobre las condiciones de deslizamiento, pero p u e d e ser n o t a d o que i r r i t a n d o con f r e c u e n c i a t i e n d e a ocurrir en solo algunos segundos mientras el s u a v i z a m i e n t o f u e r a el e f e c t o puede tomar m i n u t o s o mas t i e m p o . Un i m p o r t a n t e efecto de fricción asociado con e l c a m b i o de la g e o m e t r í a d u r a n t e la inserción es con f r e c u e n c i a o b s e r v a d o con las s u p e r f i c i e s lubricadas. Con tales s u p e r f i c i e s , es c o n f r e c u e n c i a o b s e r v a d o q u e t o m a r e l e f e c t o suavizante es s u f i c i e n t e en el sistema de d e s l i z a m i e n t o del r e g i m e n lubricado y e n el limite del r e g i m e n c o m p l e t a m e n t e lubricado. Esta i m p o r t a n t e transición p u e d e ser realizada solo d e s p u e s de ser p r o l o n g a d o el d e s l i z a m i e n t o ( las v e c e s del o r d e n de las horas o los días). CAMBIOS EN L A T E M P E R A T U R A DE L A S SUPERFICIES. Los e f e c t o s siguientes que serán discutidos son e f e c t o s d e la t e m p e r a t u r a . Como y a n o t a b l e m e n t e el d e s l i z a m i e n t o se acompaña por la t e m p e r a t u r a en las s u p e r f i c i e s de contacto, y estos a u m e n t o s p u e d e n ser m a r c a d o s c o m p l e t a m e n t e d o n d e q u i e r a q u e las a l t a s v e l o c i d a d e s de d e s l i z a m i e n t o p r e v a l e c e n . Los e f e c t o s de esta t e m p e r a t u r a p u e d e n ser muchos y v a r i a d o s . Categóricamente, ellos son: 1. La te m per a t u r a alta p u e d e causar q u e los m a t e r i a l e s d e contactacto a b l a n d e n m a r c a d a m e n t e o hasta d e r r e t i r . Esta l l e v a a una drastica v i s i t a de la f u e r z a de fricción ( e l c o n s u m o de f r e n o s de automóviles o el f e n o m e n o de lubricación d e r r e t i d a ) 2. L a t e m p e r a t u r a alta p u e d e l l e v a r a una f o r m a c i o n de un o x i d o o de otro c o m p o n e n t e q u í m i c o el cual no se f o r m a e n la t e m p e r a t u r a normal de la s u p e r f i c i e ( ef. La acción de una p r e s i ó n e x t r e m a a d i t i v a ^EP) ). 3. La t e m p e r a t u r a alta p u e d e p r o v o c a r la d e s c o m p o s i c i ó n de una película de agua u otra capa a b s o r b e n t e haciendo las condiciones de d e s l i z a m i e n t o mas serias ( ef. La acción del " l i m i t e de lubricado".) El t i e m p o r e q u e r i d o por estos e f e c t o s muy marcadamente d i f e r e n t e s casos, q u e se d e t e r m i n a por t a l e s f a c t o r e s c o m o i n c r e m e n t o de t e m p e r a t u r a r e q u e r i d o para p r o d u c i r el e f e c t o , c o n d u c t i v i d a d t é r m i c a y e l calor e s p e c i f i c o de ios m a t e r i a l e s contacto, y el t a m a ñ o de el sistema que tiene que ser calentado. en el la de CAMBIOS EN L A S CAPAS DE L A SUPERFICIE. Despues, se c o n s i d e r a n los e f e c t o s que s u r g e n d e l hecho de q u e la s u p e r f i c i e inicial no esta en el mismo e s t a d o q u í m i c o que e l e q u i l i b r i o uno y que s o l a m e n t e d e s p u e s de que la s u p e r f i c i e inicial ha sido desgastada, e l e s t a d o de e q u i l i b r i o se o b t e n d r á . Estas d i f e r e n c i a s en los estados de s u p e r f i c i e s u r g e n p o r un n u m e r o d i s t i n t o de causas. En a l g u n o s casos las s u p e r f i c i e s p u e d e n h a b e r sido d e l i b e r a d a m e n t e tratadas, c o m o por f o s f a t o s , n i t r a t o s o g a l v a n i z a n d o l a s , d a n d o asi una s u p e r f i c i e con d i f e r e n c i a s marcadas e n la estructura del substrato. Este t r a t a m i e n t o p u e d e ser p e r m a n e n t e o s o l a m e n t e de d u r a c i ó n l i m i t a d a . En t o d o caso su p r e s e n c i a t i e n e p r o b a b l e m e n t e un e f e c t o p r o f u n d o , lo cual d e s a p a r e c e con el t i e m p o a m e d i d a q u e e l r e v e s t i m i e n t o se gasta. Los e f e c t o s similares surgen del hecho que la s u p e r f i c i e , m i e n t r a s no sea t r a t a d a q u í m i c a m e n t e p u e d e h a b e r s i d o t e r m i n a d o b a j o c o n d i c i o n e s m u y d i f e r e n t e s d e a q u e l l a s p r e v a l e c i e n t e s d u r a n t e el d e s l i z a m i e n t o . T í p i c o p u e d e ser el caso de las s u p e r f i c i e s q u e han. sido la s u p e r f i c i e - t i e r r a , en c u y o caso, la t e m p e r a t u r a alta e n la s u p e r f i c i e asi c o m o la p r e s e n c i a de c u a l q u i e r f l u i d o c o r t a d o q u í m i c a m e n t e activo puede haber producido el oxido y otros c o m p u e s t o s b a s t a n t e d i f e r e n t e s de aquellos que t e n d e r í a n a f o r m a r sobre las superficies metalicas producidas durante el d e s l i z a m i e n t o T a m b i é n e n la m i s m a clase se c o n s i d e r a n los c a m b i o s e n las superficies con el t i e m p o de las s u p e r f i c i e s de producir e l c o m i e n z o del d e s l i z a m i e n t o . Estos cambios, es decir, el a u m e n t a r las capas d e oxido de g r a n e s p e s o r y su contaminación por las i m p u r e z a s , toda la lleva a la f o r m a c i o n de la capa s u p e r f i c i a l anormal , la cual t i e n e q u e ser gastada d u r a n t e el d e s l i z a m i e n t o antes de que las c o n d i c i o n e s de deslizamiento constantes se alcancen. CAMBIOS EN L A COMPOSICION DE L A SUPERFICIE. L a s situaciones de un d i f e r e n t e t i p o se e n c u e n t r a n c u a n d o , c o m o e s t a n f r e c u e n t e m e n t e el caso, el d e s l i z a m i e n t o de d i f e r e n t e s m a t e r i a l e s es e m p r e n d i d o . I n i c i a l m e n t e cada s u p e r f i c i e consiste s o l a m e n t e de un material, p e r o con e l t i e m p o , es e n c o n t r a d o que las partículas de un material se t r a n s f i e r e n a el o t r o y constituye parte de la s u p e r f i c i e de deslizamiento, de m o d o que las.propiedades se alteran. En la m a y o r í a de los casos se alcanza una configuración de e q u i l i b r i o con el t i e m p o , p e r o los casos conocidos donde la concentración de un m a t e r i a l s o b r e la s u p e r f i c i e d e l o t r o , ( y p o r c o n s i g u i e n t e las p r o p i e d a d e s friccionantes ) nunca se estabiliza p e r o continua f l u c t u a n d o . Otra causa para la variación radica en el hecho que muchos c u e r p o s solidos son p e r f e c t a m e n t e homogneos. Los e j e m p l o s típicos serian los plásticos c o m o e l n y l o n , e l cual tiende a t o m a r el v a p o r de agua e n ?us capas e x t e r i o r e s c o m o el resultado d e l contactocon una a t m o s f e r a h ú m e d a . Cuando e l d e s l i z a m i e n t o o c u r r e , e l c o e f i c i e n t e de f r i c c i ó n inicial es a f e c t a d o por esta h u m e d a d , y s o l a m e n t e d e s p u e s de q u e esta capa alterada ha sido desgastada se p u e d e alcanzar un e s t a d o de fricción constante . Otros m a t e r i a l e s que muestran un c o m p o r t a m i e n t o similar es el g r a f i t o o el carbono. Estos materiales se presionan en un t r o q u e l l u b r i c a d o m u e r e , y el lubricante con f r e c u e n c i a parece que p e n e t r a en la m a y o r p a r t e del material. Cuando el d e s l i z a m i e n t o se nota a m e d i d a que el uso ocurre y el interior del material se expone. Este e f e c t o se t a m b i é n se nota en un n u m e r o de sistemas de dos f a s e s , c u y a s p r o p i e d a d e s f r i c c i o n a n t e s se d e t e r m i n a n p o r e l c o m p o n e n t e s u a v e q u e es u n t a d o s o b r e el mas d u r o . En a q u e l l o s casos d o n d e el s u m i n i s t r o de m a t e r i a l s u a v e se l i m i t a , un l e v a n t a m i e n t o en la f r i c c i ó n p u e d e ser e x p e r i m e n t a d o d e s p u e s de que se p r o l o n g u e el d e s l i z a m i e n t o , c o r r e s p o n d e al a g o t a m i e n t o d e l suministro del material suave. CAMBIOS EN L A FUERZA N O R M A L . Finalmente, se c o n s i d e r a n los cambios en el c o m p o r t a m i e n t o f r i c c i o n a n t e p r o v o c a d o s por un c a m b i o en la f u e r z a n o r m a l c o m o e l r e s u l t a d o d e l uso. Esto es una caractereistica de muchos sistemas en que la f u e r z a n o r m a l se aplica por un s a l t o mas b i e n q u e por un p e s o m u e r t o . Si e l s a l t o e s s u f i c i e n t e m e n t e r i g i d o , e n t o n c e s p u e d e ocurrir que, c o m o r e s u l t a d o del uso d u r a n t e e l d e s l i z a m i e n t o , la f u e r z a n o r m a l se r e d u c e g r a n d e m e n t e , hasta del cero. Esto n a t u r a l m e n t e tiene un e f e c t o c o r r e s p o n d i e n t e s o b r e la f u e r z a d e fricción, lo cual t a m b i é n cae drásticamente. Un e f e c t o a n a l o g o se nota e n d i v e r s a s situaciones c o r t a d o r a s e n que e l uso es r e q u e r i d o para corte del producto. USOS EN QUE LOS C A M B I O S EN L A F R I C C I O N D U R A N T E EL DESLIZAMIENTO PUEDEN SER PUESTOS. T o d o s estos e f e c t o s l l e v a n a cambios en las condiciones de d e s l i z a m i e n t o que hacen de la f r i c c i ó n f e n o m e n o m u y t o r p e q u e toma en cuenta el d i s e ñ o de la m a q u i n a r i a de precisión de cualquier clase. En a l g ú n c a s o , h a y sin e m b a r g o . e l c o n s u e l o d e q u e la in s t r u m e n t a c i ó n de la fuerza de fricción provee.un.modo.conveniente.de.ganar.un.buen c o n o c i m i e n t o e n el m o d o en q u e el d i s p o s i t i v o esta f u n c i o n a n d o . En muchos casos, no existe ningún otro m o d o fácil de obtener i n f o r m a c i ó n . CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. En esta tesis, muchos de los temas están tratados en forma muy superficial, recomendando que el alumno ó lector que quiera compenetrarse más en la lubricación vea los temas siguientes temas: Cap 2 Lubricación extrema. Cap 3 Lubricación Hidrodinámica. Cap 4 Cubiertas. Cap 5 Cojinetes móviles. Cap 6 Elementos rotatorios. Cap 7 Películas comprimidas. Cap 8 Deformación. Cap 9 Materiales para cojinetes móviles. Cap 10 Funciones de los lubricantes. Cap 11 Tipos de lubricantes. Cap 12 Propiedades de líquidos y grasas lubricantes. Cap 13 Fuentes de lubricantes y composición. Cap 14 Aditivos lubricantes. Cap 15 Propiedades especificas de los lubricantes. Cap 16 Selección de los lubricamntres bajo condiciones diversas. Cap 17 Que sucede con un lubricante en sevicio. Cap 18 Chumaceras de deslizamiento. Cap 19 Chumaceras de rodamiento. Cap 20 Engranes. Cap 21 Cadenas y alambre de acero. Cap 22 Fluidos Hidráulicos. Cap 23 Metalisteria. Cap 24 Sellos y emalaje. Cap 25 Sistemas de aplicación de lubricación. Cap 26 Pruebas estándares para las propiedades Físicas y Químicas de los lubricantes. Cap 27 Rendimiento de los lubricantes. Cap 28 Registros y programación. Cap 29 Transportación y almacenamiento. Cap 30 Acondicionamiento y disposición de los lubricantes. Cap 31 Maquinas de Diesel y gasolina. Cap 32 Lubricación de maquinas automotoras. Cap 33 Lubricación de turbinas de vapor y gasolina. Cap 34 Maquinas herramienta. Cap 35 Motores eléctricos. Cap 36 Maquinaria marina. Cap 37 Equipo de construcción. Cap 38 Compresores de gas. Cap Cap Cap Cap Cap Cap 39 40 41 42 43 44 Herramientas y aparatos pequeños. Transmisión de poder. La Industria del acero. La lubricación en la industria moderna, Trenes. Plantas nucleares de poder. Cap 45 Problemas de lubricación en el espacio por exposición de mecanismos y por e) equipo de generación de poder. Del Texto u STANDARD HANDBOOK OF LUBRICATION ENGINEERING" BIBLIOGRAFIA STANDARD HANDBOOK OF LUBRICATION ENGINEERING O'CONNOR Y BOYD THE LUBRICATION ENGINEERS MANUAL UNITED STATES STEEL TECNOLOGIA QUIMICA DEL PETROLEO W A. GROUSE Y D.R.STEVENS GRASAS , ACEITES, QUIMICA Y TECNOLOGIA H G.KIRSCHAN- BAUER PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS DE LOS LUBRICANTES Y LOS ADITIVOS LARBRE