La lubricación elastohidrodinámica es quizá uno de los casos mas representativos de la TRIBOLOGÍA y en el cual se hallan involucrados todos los factores que conforman esta ciencia, como: la fricción, el desgaste, la lubricación, el diseño, los materiales, el funcionamiento del equipo y las condiciones de operación.
No pocos mecanismos en la industria funcionan bajo estas condiciones de lubricación; en muchos casos estos se han detectado no como consecuencia de un proceso de cálculo, sino como resultado de una práctica experimental a lo largo de muchos años de profundos análisis e investigaciones, que han llevado a la conclusión de que no es posible establecer del todo un planteamiento matemático para determinar que mecanismos en realidad trabajan bajo lubricación EHL. A nivel práctico es posible determinarlo porque, como es obvio, el desgaste prematuro o el agarrotamiento del mecanismo es una señal inequívoca de que se tienen condiciones de fricción metal metal o que lubricación debe ser EHL y que por lo tanto, requiere de lubricantes especiales que permitan operar el equipo sin riesgo alguno y de tal forma que en todo momento se involucre esta práctica dentro un proceso tribológico.
La Lubricación EHL es un estado de lubricación hidrodinámica que se caracteriza por la deformación elástica de las irregularidades de ambas superficies, debido a la carga que actúa sobre ellas. En este caso, la presión hidráulica de la película lubricante es lo suficientemente alta como para separarlas. Normalmente este tipo de de lubricación se presenta para valores específicos de la película lubricante (λ) por debajo de 1.5. Este parámetro se calcula a partir de la relación ho / Ϭ, donde ho es el espesor mínimo de la película lubricante en µm (pulg) y Ϭ es la rugosidad promedio de las superficies metálicas, en µm (µpulg.).
La lubricación EHL tiene lugar en elementos que ruedan entre sí o con respecto a una superficie plana. En la Figura 2.26 se presentan las características de la formación de este tipo de película.
El aumento de la viscosidad del aceite, debido a la presión; y el aplastamiento de la superficie, se combina para "atrapar" el lubricante en el momento en que éste penetre en la zona de contacto. El espesor mínimo de la película lubricante oscila entre 0,05 y 2 µm y es menor que en el caso de la teoría clásica hidrodinámica. La viscosidad del aceite puede llegar a límites de magnitud mayor que la viscosidad de entrada y la película lubricante puede desarrollar presiones hasta 350000 psi. Los engranajes, rodamientos, levas y cadenas, por lo general operan bajo condiciones de lubricación EHL. Ver Figura 2.27.
Según la teoría hidrodinámica, se creía que las transmisiones por engranajes trabajaban bajo condiciones límite, a pesar de que se conocían casos de engranajes que habían operado bajo estas condiciones durante un largo período de tiempo y aún mostraban en la mayor parte de su superficie de trabajo las huellas del maquinado inicial. Esto permitió concluir que estos elementos funcionan bajo condiciones de lubricación EHL, con un valor específico de la película lubricante, entre 1 y 2, y que el único desgaste que se puede presentar es durante el arranque y parada del equipo.
el espesor de la película lubricante, calculado por la teoría de lubricación EHL, es una función de tres parámetros: carga, velocidad, y coeficiente piezo-viscosidad. Este espesor de película también es limitado porque si es muy grande, se incrementa la fricción entre diferentes capas del lubricante, produciéndose un incremento de temperatura que provocaría, de forma inevitable, un descenso en la viscosidad del aceite y por tanto, del espesor de la película lubricante entre las superficies.
A nivel industrial es muy común que se presenten las condiciones de lubricación EHL, como en el caso de rodillos en siderúrgicas, laminación, hornos cementeros y palas mecánicas, entre otros, que se encuentras sometidos a cargas muy elevadas, del orden de 900000 o mas newton, y a velocidades entre 15 y 20 rpm, dando lugar a valores muy bajos del parámetro de Hersey n.ns / P, permitiendo que se puedan presentar condiciones de película límite o mixta. En la práctica esta situación se cambia por EHL, mediante el empleo de un lubricante formulado para tal efecto. Así, por ejemplo, se tiene que para temperaturas de operación por debajo de 50°C, se utiliza aceite Compound o compuesto (para cilindros de vapor), por encima de 50°C, es necesaria la utilización de un aceite con aditivos de EP (Extrema Presión). En caso de lubricación EHL, hay deformación elástica de las irregularidades de ambas superficies, sin rompimiento de la película lubricante. De no utilizarse ninguno de los lubricantes especificados anteriormente, se presentaría el contacto metálico y las superficies metálicas se agarrotarían. Para temperaturas por encima de 50°C, un lubricante sintético del tipo SHC daría un margen de seguridad mayor que uno de tipo EP, porque permite la formación de una película lubricante más estable, de mayor viscosidad y de elevada adhesividad. Ver Figura 2.28.
Lubricantes para condiciones EHL
* Compuestos o "Compounds". Para temperaturas de operación por debajo de 50°C.
* De extrema Presión. Para temperaturas de operación por encima de 50°C.
* Hidrocarburos Sintetizados (SHC-Chemimstry Of Synthesized Hidrocarbons). Para cualquier temperatura de trabajo con un mayor rango de seguridad.