La tribología y conceptos asociados

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La tribología y conceptos asociados

Elias Martínez 28.714.594

Universidad Nororiental Privada “Gran Mariscal de Ayacucho”

5T1: Tribología

Ing. Julian Pino

07 de marzo de 2023

Durante el funcionamiento de cualquier máquina se pueden presentar diversos efectos generados a modo de consecuencia, específicamente en el caso de las máquinas que hacen uso de piezas mecánicas, se pueden identificar efectos de rozamiento entre partes y desgaste generados por estos mismos, esto se traduce en un desmejoramiento de las piezas mecánicas y por lo tanto una reducción del tiempo de funcionamiento efectivo de dicha máquina, siendo de esta manera un punto de interés y preocupación para el mantenimiento(Herrera and Cunalata 2019).

Tribología como ciencia.

        Anteriormente se señaló que en el funcionamiento de las máquinas existían diversos factores que afectan directamente al funcionamiento a largo plazo, haciendo hincapié en los efectos asociados al movimiento de las piezas mecánicas y las consecuencias de los mismos, ahora bien, la ciencia que estudia los efectos relacionados al rozamiento de superficies es la tribología, teniendo como eje principal el estudio de tres factores que se correlacionan entre sí; los efectos de fricción generados por cuerpos que se encuentran en movimiento relativo, la consecuencia natural de dicho movimiento como lo es el desgaste y el posible elemento o acción para mitigar o solventar dicha consecuencia haciendo referencia a la lubricación. Por lo que se puede decir que la tribología es el estudio de tres elementos directamente relacionados basados en el movimiento relativo de las superficies y el rozamiento presente entre ellas(Herrera and Cunalata 2019).

Fundamentos de la tribología.

La tribología se centra en tres fundamentos principales, los cuales son: la fricción de las superficies propias de cuerpos en movimiento, el desgaste como consecuencia a la fricción y la lubricación como efecto mitigante del desgaste(Santa Marín and Toro Betancur 2015).

• La fricción, se puede definir como la resistencia entre dos superficies que entran en contacto directo, para que se produzca la fricción siempre tiene que producirse un movimiento a modo de causa y un contacto entre al menos dos cuerpos rígidos.
• El desgaste, el desgaste como consecuencia de la fricción es el efecto adverso que se puede dilucidar en la superficie de los elementos que se encuentran en esfuerzo de fricción, generalmente se presenta como un desprendimiento de material en las superficies.
• La lubricación, es una técnica empleada para reducir el rozamiento entre dos superficies que se encuentran en contacto continuo, aplicando un elemento entre ambos cuerpos para separarlos ligeramente y facilitar el movimiento.

Aplicaciones de la tribología.

        La tribología es una ciencia multidisciplinaria esto quiere decir que se puede aplicar en una gran cantidad de disciplinas, como la química, física, estudio de materiales, entre otras. De manera generalizada, se puede decir que la tribología se puede aplicar en cualquier estudio que tenga como foco principal el rozamiento entre cuerpos y los efectos consecuentes a estos mismos, específicamente desde un punto de vista mecánico, la tribología se aplica para aquellas piezas que se encuentran en esfuerzos de rozamiento constante por sus principios de funcionamiento o de aplicación, como los cojinetes, frenos, entre otros(Aguillon 2007).

En el mantenimiento se trata de un estudio fundamental ya que el desgaste consecuente del rozamiento compromete el funcionamiento de los equipos, por lo que es pertinente tomar las acciones necesarias para mitigar el impacto de este fenómeno sobre los equipos, esto quiere decir que la tribología es sumamente necesaria para las labores y programas de mantenimiento(Pérez 2002).

Fuerza.

        Tomando en cuenta el concepto referido a la física, la fuerza se trata de una magnitud que se ejerce en un cuerpo capaz de impulsar un movimiento o deformarlo dependiendo de factores específicos y la magnitud con la que se aplique. La fórmula de la fuerza en física se define como la aceleración por la masa es igual a la fuerza, haciendo referencia a la segunda ley del movimiento de Newton “”(Lorenzo Iparraguirre 2010).[pic 2]

Fuerza de fricción o roce.

        La fuerza de fricción es aquella magnitud ejercida entre dos cuerpos que se encuentran en un movimiento estrecho con sus superficies en contacto directo, generalmente es opuesta al movimiento ya que genera una resistencia al mismo por lo tanto reduce la velocidad de desplazamiento, la principal causa de la fricción se debe a las diferencias microscópicas que se encuentran en las superficies, lo cual impide un deslizamiento limpio entre dos cuerpos. Para calcular la fuerza de fricción se utiliza la formula  , en la cual “Fr” es fuerza de fricción, “” es el coeficiente de fricción y “N” la fuerza normal. A su vez, para los cálculos prácticos se tiene la fuerza de fricción estática y dinámica, El primero hace referencia al esfuerzo que se debe realizar para iniciar un movimiento de un cuerpo cuando este está sobrepuesto con otro, en otras palabras, la resistencia que se interpone en el movimiento del cuerpo, mientras que el segundo se trata de la resistencia constante opuesta al movimiento, o sea la resistencia que se presenta cuando el movimiento está en curso(Manzur 2008). Las unidades de la fuerza de fricción se tratan del Newton (N) en el sistema MKS, en el Sistema Cegesimal de Unidades se utiliza el valor de Fuerza equivalente Dina o Dyn, en el sistema ingles por su parte se utiliza la libra fuerza o , por último, en el sistema técnico de unidades se utiliza el Kilogramo fuerza o Kilopondio (Kgf y Kp).[pic 3][pic 4][pic 5]

Diagramas de cuerpo libre.

        Los diagramas de cuerpo libre se tratan de ilustraciones descriptivas destinadas a representar gráficamente todos aquellos factores que afectan directa o indirectamente a un cuerpo especifico en un plano, generalmente se usa para representar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo para facilitar tanto la comprensión de la problemática planteada como optimizar la interpretación de diferentes datos, las fuerzas que se representan en el diagrama de cuerpo libre están ilustradas como vectores con las posiciones relativas en las cuales afectan al objeto. Para realizar un diagrama de cuerpo libre principalmente se representa el cuerpo en un sistema de coordenadas xy, luego se representan todas las fuerzas a modo de vector y por último se representan y resuelven los componentes xy de las fuerzas (Moreno Martínez).[pic 6]

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Fuerzas que intervienen en las interacciones

        En el movimiento entre cuerpos intervienen diferentes fuerzas que dependen de ciertos factores específicos como pueden ser la forma de los cuerpos, las características propias de estos y la velocidad con la que se presente el movimiento, estas fuerzas son las siguientes(Lorenzo Iparraguirre 2010):

• Fuerza Normal: es la fuerza opuesta a la que se ejerce por un cuerpo sobre una superficie, esto quiere decir que es la fuerza que ejerce la superficie sobre el elemento, para una mejor comprensión, se puede pensar en la tercera ley de newton, por lo que si existe una fuerza que ejerce un cuerpo sobre una superficie, debe existir una igual pero opuesta. Se representa como  y sus unidades de medida son las mismas que la fuerza de rozamiento; Newton, Dina, Kilogramo fuerza o Kilopondio y libras fuerza.[pic 16]
• Fricción: se trata de la fuerza de fricción, esto quiere decir que es la fuerza que se opone al movimiento en las superficies de dos cuerpos, sus unidades de medida son; Newton, Dina, Kilogramo fuerza o Kilopondio y libras fuerza.
• Peso: el peso se trata de la fuerza que ejerce el cuerpo sobre la superficie de apoyo, es similar a la fuerza normal anteriormente descrita pero opuesta ya que esta la ejerce el cuerpo sobre la superficie. Tomándolo en cuenta como una fuerza, sus unidades son; Newton, Dina, Kilogramo fuerza o Kilopondio y libras fuerza.
• Tensión: esta fuerza se toma en cuenta cuando el cuerpo esta sostenido o unido a un elemento especifico que lo mantenga suspendido, como una cadena, cable, entre otros. Se considera lo opuesto a la comprensión y se representa con “”, sus unidades de medida son; Newton, Dina, Kilogramo fuerza o Kilopondio y libras fuerza.[pic 17]

Se debe tomar en cuenta que todas las fuerzas anteriormente descritas presentan las mismas unidades de medida ya que todas se consideran como fuerza en el estudio de los esfuerzos de fricción y el movimiento de los cuerpos, por lo que se representan con magnitudes vectoriales en los sentidos respectivos para cada una de estas, esto quiere decir que dependiendo de la posición del cuerpo con respecto a la superficie en la que se encuentra apoyado se representara de una manera distinta(Lorenzo Iparraguirre 2010).

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