Es la resistencia que presenta la superficie rugosa de un cuerpo sólido a moverse sobre la de otro ya sea sólido ó líquido y que se manifiesta por la pérdida de energía mecánica durante el inicio y desarrollo del movimiento relativo entre las dos zonas materiales en contacto. La energía que se pierde por fricción se transforma en calor, el cual no le aporta beneficio alguno a los mecanismos sometidos a fricción y por el contrario en la mayoría de los casos cuando las rugosidades de los mecanismos interactúan sus propiedades elásticas se modifican volviéndose rígidas, propiciando su fractura y por lo tanto al desgaste prematuro de los mecanismos.

FRICCION PURA

Se presenta cuando las rugosidades de las dos superficies metálicas interactúan sin la presencia absoluta de un tercer elemento. En la práctica industrial raras veces se encuentra este estado de fricción ya que sólo se puede obtener en el laboratorio donde es factible garantizar que las superficies metálicas están libres de cualquier tipo de película contaminante.

FRICCION METAL-METAL

Ocurre cuando las rugosidades de dos superficies metálicas teóricamente interactúan en ausencia de un tercer elemento que las separe (es inevitable la presencia de humedad, óxidos, etc); también puede ocurrir en un mecanismo lubricado como consecuencia del rompimiento de la película límite o por la ausencia de ésta al agotarse los aditivos antidesgaste del lubricante. La fricción metal-metal no siempre se debe evitar ya que hay situaciones donde es imprescindible que ocurra como por ejemplo entre la carrilera y las ruedas del tren, en las cuales es necesario que sus rugosidades estén completamente exentas de cualquier tipo de sustancia para poder rodar y frenar rápidamente.

FRICCIÓN SOLIDA

En este caso el sistema tribológico está constituido por tres elementos que presentan características de cuerpos sólidos; dos de estos elementos son las superficies metálicas que interactúan y el tercero es la película limite del lubricante utilizado que se encuentra adherida al metal base y está constituida por capas de un compuesto que puede ser el aditivo antidesgaste, óxido, humedad, vapores, etc. En la práctica industrial la fricción sólida se presenta permanentemente en los mecanismos lubricados siempre que arrancan ó paran.

FRICCION FLUIDA

Es un estado de fricción que se presenta entre las capas de un lubricante líquido que separa dos superficies lubricadas, la energía consumida es la necesaria para cizallar las capas del lubricante la cual finalmente se transforma en calor.

FRICCION MIXTA

Está constituida por dos estados de fricción que ocurren simultáneamente en un sistema tribológico; este tipo de fricción se presenta cuando un mecanismo que funciona bajo condiciones de lubricación a película fluida se encuentra en una etapa posterior al inicio del movimiento ó previa a su detención en la cual hay algunas rugosidades que interactúan propiciando la fricción sólida y otras se encuentran separadas dando lugar a la fricción fluida. La fricción mixta también se presenta en aquellos mecanismos que trabajan bajo condiciones de altas cargas y bajas velocidades en las cuales las rugosidades de las superficies sometidas a fricción no alcanzan a separarse sino que permanentemente están interactuando, este tipo de fricción mixta da lugar a lo que se conoce con el nombre de lubricación Elastohidrodinámica ó EHL.

FRICCION GASEOSA

Se presenta cuando el elemento que separa las dos superficies que se encuentran en movimiento relativo es un gas; este puede ser el caso de los mecanismos lubricados con aire o de las caras de los sellos secos de turbo-máquinas cuando se inyecta nitrógeno entre ellas para formar la película hidrodinámica que permite separar la cara fija de la que gira.

Siempre que un cuerpo se deslice o ruede sobre la superficie de otro se presenta una fuerza resistiva que es paralela y contraria a la dirección del movimiento y se conoce como fuerza de fricción y puede ser estática o cinética.

FUERZA DE FRICCION ESTATICA

Es la fuerza requerida para iniciar el movimiento relativo entre dos superficies cuyas rugosidades interactúan y es igual al producto del coeficiente de fricción metal-metal de los materiales de las superficies ó del coeficiente de fricción sólida de la sustancia que se está utilizando como lubricante por la fuerza normal que mantiene juntas las dos superficies.

FUERZA DE FRICCION CINETICA

Es la fuerza requerida para mantener en movimiento dos superficies cuyas rugosidades interactúan ó se encuentran totalmente separadas por una película lubricante y es igual al producto del coeficiente de fricción metal- metal de los materiales de las superficies, en caso de que no se esté utilizando algún lubricante ó del coeficiente de fricción fluida o Elastohidrodinámica (EHL) si se están lubricando, por la fuerza normal que mantiene juntas las dos superficies.

El cálculo de Fe tiene otra componente que es la fuerza necesaria para fracturar las crestas de las rugosidades que se sueldan cuando se inicia el movimiento y no se está utilizando un lubricante ó para deformarlas elásticamente en caso de que si se estén lubricando; esta fuerza es muy compleja de calcular y su valor es muy pequeño por lo que en la práctica no se tiene en cuenta. La relación entre la fuerza estática y la cinética se puede expresar de la siguiente manera: si Fc es menor que Fe no hay movimiento; si son iguales el movimiento es inminente y finalmente si Fc es mayor que Fe el cuerpo se mueve.

Las leyes de la fuerza de fricción fueron fundamentadas teniendo en cuenta la interacción de las rugosidades de una superficie metálica cuando se mueve con respecto a otra ya sea bajo condiciones de fricción metal-metal, sólida ó EHL. Básicamente las leyes de la fuerza de fricción son dos:

Estas leyes fundamentales de la fuerza de fricción metal-metal ó sólida ó EHL fueron propuestas por primera vez en 1.550 por el italiano Leonardo Da Vinci al observar un bloque rectangular deslizándose sobre una superficie plana; en 1699 el ingeniero francés Amontons volvió a desarrollarlas y en 1781 Coulomb las comprobó, diferenciando claramente la fuerza de fricción estática de la cinética.

Los más importantes son la carga, naturaleza de los materiales, velocidad de deslizamiento, acabado superficial, geometría de los cuerpos, tolerancia entre las piezas, temperatura de operación, adhesión, cizallamiento, arado y lubricación

Es la variable para el cálculo de la fuerza de fricción y su valor depende no solamente del material de las superficies sino también de lo que ocurra en la interface de las mismas cuando se encuentran en movimiento relativo la una con respecto a la otra; hay otros factores que lo afectan como la humedad, temperatura, velocidad de deslizamiento, presión de contacto, tipo de película lubricante, acabado superficial y forma de la región de contacto. La relación entre la fuerza de fricción necesaria para iniciar el movimiento de un cuerpo y la componente normal de su peso se conoce como coeficiente de fricción estático y como coeficiente de fricción cinético cuando está involucrada la fuerza de fricción necesaria para mantenerlo; en este caso si las superficies son lubricadas y la película lubricante es del tipo EHL juega un papel preponderante que el movimiento sea por deslizamiento ó por rodadura.

COEFICIENTE DE FRICCION PURA

Ocurre cuando las superficies de dos rugosidades que interactúan están completamente exentas de un componente que las separe; el valor de este coeficiente de fricción es muy alto y en la práctica de la Tribología nunca se presenta.

COEFICIENTE DE FRICCION METAL-METAL

Se presenta cuando la rugosidad de una superficie metálica desliza directamente sobre la de otra, es alto y puede llegar a ocasionar que las dos superficies se suelden debido a la gran cantidad de calor generado cuando las crestas más sobresalientes chocan y tratan de deformarse elásticamente; su valor depende del material de las superficies en contacto; en superficies de elementos de máquinas lubricadas debe ser lo más bajo posible con el fin de minimizar la cantidad de desgaste que puede ocurrir en ellas cuando la película límite se consume y transcurre un instante de tiempo mientras reacciona el aditivo anti-desgaste del lubricante y la vuelve a restituir.

COEFICIENTE DE FRICCION SOLIDA

Ocurre siempre que un mecanismo que va a operar bajo condiciones de película fluida se pone en marcha e interactúan y friccionan las películas límites de las dos rugosidades constituidas por el aditivo anti-desgaste que se encuentra adherido a ellas. Este coeficiente de fricción es menor que el coeficiente de fricción metal-metal y su valor depende de aspectos tales como la altura de las crestas de las rugosidades de las dos superficies, de si el lubricante utilizado es mineral ó sintético y si el movimiento del mecanismo sometido a fricción es por rodadura o por deslizamiento.

COEFICIENTE DE FRICCIÓN FLUIDA

Es la resistencia a la cizalladura que presenta la película lubricante que se forma entre dos superficies cuando operan bajo condiciones de lubricación fluida; varía con el incremento de la viscosidad por encima de su valor normal para un determinado mecanismo. El valor del coeficiente de fricción fluida (ff) depende de si el aceite es mineral ó sintético.

COEFICIENTE DE FRICCIÓN ELASTOHIDRODINÁMICO

Es un coeficiente de fricción equivalente (fe) que se presenta en aquellos mecanismos donde por sus condiciones operacionales no es factible que las rugosidades se separen sino que permanentemente están interactuando; se calcula del promedio del coeficiente de fricción sólida cuando las rugosidades interactúan y se deforman elásticamente y el fluido cuando se cizalla la película lubricante que se forma en el momento en que las dos rugosidades deformadas elásticamente aplastan el lubricante que ha quedado atrapado entre ellas. El valor del coeficiente de fricción Elastohidrodinámico ó EHL es mayor que el fluído y depende de la altura de las crestas de dos superficies sometidas a fricción y de sí el aceite es mineral ó sintético.

En programas de Tribologia tendientes a reducir el consumo de energía por fricción en componentes de máquinas lubricados se deben utilizar los valores de los coeficientes de fricción especificados por los fabricantes de los lubricantes en sus catálogos técnicos, en caso de que no sea posible conocer esta información se pueden utilizar con mucha aproximación los valores de los coeficientes de fricción para superficies lubricadas con diferentes tipos de lubricantes que se dan en la tabla 1, los cuales se han obtenido promediando valores típicos de lubricantes cuyos coeficientes de fricción se conocen. Los valores de estos coeficientes de fricción se dan para acabados superficiales entre 5 y 25 micras.

TABLA 1
VALORES TIPICOS DE COEFICIENTES DE FRICCION PARA DIFERENTES TIPOS DE LUBRICANTES

Cordial saludo y felicitaciones por su artículo semanal, realmente es muy interesante y educativo y tiene un importante valor agregado ial tema de la lubricación que es tan complejo. Nuestra inquietud tiene que ver con los motores a gasolina, específicamente con los que trabajan en los montacargas de nuestra planta. Nos llegó una información acerca de aceites SAE para lubricación de motores de combustión interna a gasolina que utilizan en su formulación Bisulfuro de Molibdeno; quisiéramos saber si es ventajoso utilizarlos ó bajo que criterios se pueden utilizar este tipo de aceites. Por otro lado nos gustaría saber que aceite nos recomiendan para mejorar las condiciones de operación y la vida de los motores de los montacargas.

INDUSTRIAS DEL MAIZ, MEDELLÍN-COLOMBIA

El Bisulfuro de Molibdeno es un lubricante de película sólida que desde hace aproximadamente unos 50 años se ha venido utilizando exitosamente en la lubricación de componentes de máquinas sometidos a condiciones críticas de operación y que funcionan bajo condiciones de lubricación EHL; este lubricante pertenece al grupo de los aditivos de Extrema Presión de segunda generación y se puede utilizar con aceites minerales ó sintéticos. En los motores de combustión interna se tienen condiciones de lubricación fluida en los cojinetes de apoyo del cigüeñal, superficies de las levas y EHL en las superficies de fricción de los anillos con las camisas de los cilindros, cojinetes de cabeza de biela, guías de las válvulas de admisión y descarga, etc, por lo que el uso de aceites SAE con aditivos a base de Bisulfuro de Molibdeno da buenos resultados desde el punto de vista de reducir el desgaste y el consumo de energía por fricción específicamente donde la lubricación es del tipo EHL; estos aceites pueden venir de fábrica formulados con el Bisulfuro de Molibdeno ó este aditivo puede venir por aparte para que el usuario se lo añada teniendo en cuenta las recomendaciones del fabricante de este producto; cuando este sea el caso es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos importantes, ya que de lo contrario se pueden presentar problemas en el funcionamiento y vida del motor:

* El Bisulfuro de Molibdeno debe ser el específicamente formulado para la lubricación de motores de combustión interna, ya que dependiendo del tamaño de las partículas de molibdeno y de azufre se puede utilizar para otras aplicaciones como por ejemplo para la lubricación de transmisiones, en cuyo caso si el Bisulfuro de Molibdeno es para este tipo de aplicaciones y se utiliza en el motor de combustión interna se presentarán problemas de desgaste abrasivo y erosivo.

* El Bisulfuro de Molibdeno se le debe añadir al aceite de motor en la proporción recomendada por el fabricante de este producto que generalmente es del 5% por volumen.

* El mejor rendimiento del Bisulfuro de Molibdeno en el motor se logra añadiéndolo cambio de por medio, si se hace siempre que se cambie el aceite, el desgaste de los anillos y del cilindro puede ser mayor que si no se estuviese utilizando debido a que la capa límite de Bisulfuro de Molibdeno que se forma en las rugosidades del cilindro es tan gruesa que reduce la transferencia de calor entre los anillos y el cilindro, dando lugar a elevaciones de temperatura puntuales que pueden superar los valores límites de 400°C a partir de los cuales el Bisulfuro de Molibdeno se oxida y se transforma en Bisulfito de Molibdeno volviéndose un abrasivo y dando lugar por consiguiente a que se presente el desgaste abrasivo y erosivo de las superficies donde la lubricación es del tipo EHL.

Finalmente el mejor aceite para lubricar el motor a gasolina de los montacargas es el que cumpla con las especificaciones SAE y API recomendadas por el fabricante del montacargas, las cuales, para lograr un buen desempeño de estos motores deben ser SAE15W40 y API SJ. Una buena alternativa es que contenga Bisulfuro de Molibdeno para contrarrestar las condiciones críticas de operación de pare a arranque y bajas velocidades a las cuales van a estar sometidos los motores que trabajan en este tipo de máquinas.