TRIBOLOGÍA: Lubricación Límite

Tiene lugar simpre que un mecanismo se pone en movimiento, debido a que las condiciones de velocidad, carga, temperatura (viscosidad) o métodos de aplicacion del lubricante no son favorables para la formación de una película fluida.

En este momento hay sólo una mínima cantidad de lubricante sobre las superficies metálicas, la cual permite que se presente la máxima interacción entre las rugosidades de ambas superficies; sin embargo, el adtivo anti desgaste del lubricante impide que se presente fricción metal-metal, permitiendo que ésta sea del tipo sólida. Si la lubricación límite prevalece por mucho tiempo, se puede romper la película sólida, formada por el aditivo antidesgaste y se presentará un reducción considerable de la vida útil del mecanismo.

Bajo condiciones normales de operación, el régimen de lubricación de película límite debe desaparecer totalmente; de lo contrario, el lubricante ha sido mal seleccionado o se ha contaminado con una sustancia de menor viscosidad.

Otras circunstancias que pueden dar lugar a esta situación es cuando se varían las condiciones de operación de la máquina, como en el caso de someter los diferentes mecanismos a presiones mayores que las de diseño, dando lugar a que los efectos hidrodinámicos sean totalmente nulos. Las condiciones de película límite también se presentan inmediatamente antes que el mecanismo se detenga. Por lo tanto, un equipo cuyos elementos mecánicos estén sometidos a paradas y arrancadas frecuentes consume mas aditivo antidesgaste por lo que el aceite se debe cambiar más rápido que en los que funcionan en forma continua, porque en estos el aditivo antidesgaste solamente trabaja en el momento del arranque o cuando el mecanismo se detenga.
El desgaste adhesivo bajo condiciones de película límite se puede presentar solamente durante el tiempo que demora en reaccionar el aditivo anti desgaste con la superfiie metálica, cuando la película sólida formada por el aditivo antidesgaste ha desaparecido.
El espesor de la película lubricante (ho) en régimen de lubricación de película límite oscila entre 0,001 y 0,05 um.

En codiciones de lubricación de capa límite, el desgaste puede ser producido por corrosión, adhesión, fatiga, y arado (o abrasión), actuando solos o en combinación.
La corrosión se inicia por la formación de una película de capa límite cuando la superficie reacciona químicamente con su medio ambiente. Estas películas pueden estar constituidas por:
-Oxidos de metal formados por el oxígeno o del agua presentes en el aire o en el lubricante.
-Sales resultantes de la reacción con un aditivo del lubricante o con productos de la oxidación.
El desgaste corrosivo tine lugar cuando la película de capa límite tiende a ser desplazada hacia los extremos de la superficie, mas bién que a penetrar las verdaderas zonas de soporte de carga entre las asperezas.
La adhesión ocurre cuando las superficies están totalmente limpias y se presenta una microsoldadura entre las asperezas de las dos superficies.
La fatiga es el resultado de ciclos de tensión y compresión elevados, actuando sobre las dos asperezas. Estos esfuerzos producen alguan deformación plástica hasta que la parte o todas las asperezas, se fracturan o desaparecen de la superficie. Este mecanismo de desgaste resulta evidente, debido a la aparción de micropicaduras en las superficies de los elementos en moviminto.

El arado (o la abrasión) ocurre directamente cuando una aspereza dura afilada o un tercer cuerpo (como una partícula de desgaste de aspereza fatigada o una película de polvo) ranuran o aran la superficie.
Todos los productos que se utilizan en lubricación contienen aditivos antidesgaste que controlan las condiciones de lubricación de película límite; sin embargo, en el mercado hay lubricantes especialmente formulados para ser utilizados cuando estas condiciones prevalecen por largo tiempo. Los más utilizados son:

*De origen orgánico: Son una mezcla de un aceite mineral tipo parafínico y de un 5% a un 7% de sebo animal o de un ácido graso. (esteárico, oléico, palmítico o láurico, etc). El radical ácido tiene afinidad por los metales, particularmente por el hierro y el acero, siendo la atracción inicial de naturaleza eléctrica y las moléculas se orientan ellas mismas o se erizan, como el pelo de una alfombra. La eficacia de los ácidos grasos se debe a la reacción entre el radical polar y la superficie metálica, la cual da lugar a una película lubricante de poca resistencia al cizallamiento, pero que se adhiere fuertemente a las superficies.

La película de un lubricante compuesto o compound disminuye considerablemente los riesgos de microsoldadura entre las asperezas de las superficies metálicas y por consiguiente el desgaste adhesivo.
Los ácidos grasos son muy miscibles con los aceites minerales, obteniéndose así lubricantes que presentan un excelente poder de lubricación límite, y se les conoce como aceites con aditivos de untuosidad, compuestos o Compound. Son efectivos para temperaturas de operación por debajo de 50°C.

*De película sólida:Los más empleados son el grafitoy el bisulfuro de molibdeno (MoS2). Se pueden utilizar en una base coloidal que se adiciona al aceite entre un 5% a 7% por volumen, o en polvo para agregárselo a las grasas entre un 3% a un 5% por peso. En el mercado se consiguen tanto aceites como grasas, que vienen ya con el bisulfuro de molibdeno. En la figura se puede observar un mecanismo que opera permanentemente bajo condiciones de lubricación de película límite.

*Con aditivos de extrema presion (EP):Son fabricados a partir de una base parafínica y de un paquete de aditivos de tipo metálico, como el fósforo, el azufre y el cloro. Se emplean para temperaturas de operación por encima de 50°C.