Lubricación Elastohidrodinámica.
José García Godoy.
Aguayo Gómez Edgardo Omar.
Ortiz Iñiguez Francisco.
Rodríguez De Luna Santiago.
1ºA T/V
7 de Julio de 2011
Introducción:
El concepto de Lubricación Elastohidrodinámica es poco conocido. En
términos simples, es cuando las superficies en contacto se deforman en
forma elástica o sea que se vuelven a su posición inicial y la película de
lubricación atrapada entre las superficies provee una lubricación
hidrodinámica microscópica.
Antecedentes:
El propósito de la lubricación es la separación de dos superficies con
deslizamiento relativo entre sí de tal manera que no se produzca daño
entre ellas. Se intenta con ello que el proceso de deslizamiento sea con el
rozamiento menor posible. Para conseguir esto se intenta, que haya una
película de lubricante de espesor suficiente entre las dos superficies.
Los cuatro conceptos básicos de lubricación son:
•Lubricación Hidrodinámica
•Lubricación marginal
•Lubricación mixta
•Lubricación Elastohidrodinámica
Desarrollo del tema:
La lubricación de Elastohidrodinámica se puede definir así:
Elasto: Elasticidad, la cresta de la irregularidad en el momento de la
interacción con la cresta de la otra superficie se deforma elásticamente
sin llegar al punto de fluencia del material.
Hidrodinámica: Una vez que ocurre la deformación elástica, la película de
aceite queda atapada entre las rugosidades ; forma una película
hidrodinámica.
La Lubricación Elastohidrodinámica se puede definir como una forma de
lubricación Hidrodinámica, donde la deformación elástica de los cuerpos
en contacto y los cambios de viscosidad con la presión juegan un papel
fundamental.
La lubricación Elastohidrodinámica es el tipo de lubricación que ocurre en
elementos altamente cargados donde la presión es tal que la deformación
elástica de las superficies metálicas influye considerablemente en la
formación del espesor de la película.
La Lubricación Elastohidrodinámica se presenta en mecanismos en los
cuales las rugosidades de las superficies de fricción trabajan siempre
entrelazadas y nunca llegan a separarse. En estos casos el lubricante se
solidifica y las crestas permanentemente se están deformando
elásticamente . El control del desgaste y el consumo de energía depende
de la película adherida a las rugosidades.
Existen dos formas de Lubricación Elastohidrodinámica:
•Lubricación Elastohidrodinámica (llamada también dura) . Siglas LEF.
•Lubricación Elastohidrodinámica suave. Siglas LES.
La primera esta relacionada con materiales con módulo de elasticidad alto
como en el caso de los metales (aceros, bronces, etc.). El espesor de capa
fluida depende de diferentes factores tales como:
•Viscosidad del lubricante.
•Módulos de elasticidad de las partes en contacto.
•Velocidad relativa entre las superficies .
•Carga que debe soportar.
•Relación geométrica de radios de acuerdo a las superficies en contacto.
•Coeficiente que relaciona la viscosidad del lubricante y la presión que
soporta.
La LES esta relacionada con superficies en contacto cuyos coeficientes de
elasticidad son más bajos por ejemplo el caucho, la goma, los plásticos
etc. En estos casos las deformaciones son muy grandes incluso con bajos
niveles de carga. Este tipo de lubricación en particular debe ser
considerado en los implantes plásticos para articulaciones del cuerpo
humano, como también donde existía contacto entre superficies
metálicas y de goma.
DONDE SE GENERA:
La lubricación elastohidrodinámica se genera en los contactos altamente
cargados, que puede ser:
- Lineales ( engranajes)
- Puntuales ( rodamiento de bolas ).
CONSECUENCIAS DEL
LUBRICANTE:
Como consecuencias de las cargas elevadas en los contactos se tienen:
- Aumento de la viscosidad del aceite.
- Deformaciones elásticas de los cuerpos.
Dado que la viscosidad aumenta por el efecto de alta presión, por lo cual
también la capacidad de carga aumenta.
La lubricación elastohidrodinamica ocurre en el tren de tres válvulas del
motor, el diferencial, reductores y rodamientos de ruedas donde hay altas
presiones. Ocasionalmente los anillos trabajan con la lubricación
elastohidrodinamica. Es la protección que tenemos cuando aumentan las
presiones entre ambas piezas s ahí cuando cambia nuestra viscosidad.
Películas de lubricación
Elastohidrodinámica:
Esta refiere a el aceite lubricante que separa las superficies opuestas de
un contacto concentrado . Las propiedades de esta pequeña cantidad de
aceite, por lo general son de 1µm de espesor y 400 µm través de un
punto de contacto, y que se somete a condiciones extremas de presión y
corte, esto determina la eficiencia del mecanismo de lubricación en
contacto de rodamientos.
Efectos que contribuyen a la
formación de una capa
Elastohidrodinámica.
Los tres siguientes efectos juegan un papel importante en la formación de
películas de lubricación Elastohidrodinámica.
•La formación de la película Hidrodinámica.
•La modificación de la geometría de la película de deformación elástica.
•La transformación de la viscosidad del lubricante y reología y bajo
presión.
Los tres efectos actúan al mismo tiempo y provocan la generación de
películas Elastohidrodinámica.
.
Transformación de la viscosidad del
lubricante y Reología bajo presión.
La geometría no uniforme de las superficies de contacto provoca una
intensa concentración de carga sobre un área muy pequeña para casi
todos los contactos hertzianos.
Cuando un líquido separa las dos superficies, la extrema presión muchas
veces es superior a la encontrada en la lubricación hidrodinámica .
La viscosidad del aceite y muchos otros lubricantes aumenta
drásticamente con la presión , este fenómeno se conoce como
piezoviscosidad. La relación viscosidad-presión suele ser descrito por una
ecuación matemática, conocida como ley de Barus:
ηp = η0eαp
donde:
ηp es la viscosidad del lubricante ‘p’ y temperatura ‘θ’ [Pas];
η0 es la viscosidad de la presión atmosferica y temperatura ‘θ’ [Pas];
α es el coeficiente de presión-viscosidad. [m2/N].
Temperatura de la superficie en
conjunción ente sólidos, contacto y
su efecto sobre EHL.
La temperatura de la superficie tiene un fuerte efecto sobre la EHL, como
es el caso de la hidrodinámica. Temperaturas elevadas disminuyen la
viscosidad del aceite y por lo general disminuyen “α” del coeficiente de
presión-viscosidad. Una reducción en cualquiera de estos parámetros
reducirá el espesor de la lubricación necesaria para el funcionamiento
estable de la EHL parcial.
La temperatura de contacto máxima es de interés particular de la
ingeniería , especialmente en la predicción de problemas relacionados con
la temperatura de la superficie excesiva que puede dar lugar a
transiciones en los mecanismos de lubricación, cambios en las tasas de
desgaste a través de cambios estructurales en las capas superficiales, y el
consiguiente fracaso de la máquina.
Referencias bibliográficas:
Gwidon stachowiak y Andrew Batchelor.( 2001) Engineering Tribology.
Woburn MA: Butterworth-Heinemann.
Marcelo Tulio Piovan (2004). La formación del Doctor Ingeniero como
intelectual. Cátedra: Elementos de Máquinas. (paper)
Jechávarri, P. Lafont, E. Chacón y E. De la Guerra, A. Diaz (2010) Congreso
Nacional de ingeniería Mecánica. Casociación Española de Ingeniería
Mecánica, Madrid, (paper).
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