Tribología: centro de vida de las máquinas

Cuando nos preguntan qué significa la palabra “tribología” es probable que por nuestra mente pase todo tipo de pensamientos y no logremos dar una definición clara y precisa de dicho concepto. No es de extrañar que esta ciencia, tan importante para lograr una mayor vida útil de las máquinas, sea desconocida por gran parte de los ingenieros de mantenimiento o no sea comprendida en su totalidad.

La tribología es la ciencia que estudia la fricción, el desgaste y la lubricación que tienen lugar durante el contacto entre superficies sólidas en movimiento (Albarracín Aguillón, 2015). En otras palabras, es la ciencia que nos permite entender cómo funciona la lubricación de las máquinas, tanto industriales como automotrices, y los factores involucrados en dicho proceso.

Uno de los principales errores que se comete a la hora de gestionar un plan de mantenimiento industrial es dejar de lado los principios tribológicos relacionados a cada tipo de maquinaria. Es habitual creer que lubricar consiste simplemente en depositar grasa sobre un elemento mecánico (chumacera, cojinete, rodamiento, etc.) cada cierto periodo de tiempo, pero factores como el tipo de fricción presente en el sistema o el tipo de desgaste al que están sometidas las piezas, son determinantes a la hora de tener éxito en dicha actividad. Es por esto que los defectos de lubricación representan un alto porcentaje de las fallas ocurridas en mantenimiento.

Un aspecto a tener en cuenta es que las superficies de los mecanismos no son cien por ciento lisas. Al analizar estas piezas en un microscopio, se observan una serie de asperezas e irregularidades en forma de crestas de diferente forma y tamaño, las cuales determinan el grado de rugosidad que será mayor o menor dependiendo del mecanizado de la pieza.

La rugosidad está estrechamente ligada a la fuerza de fricción o fuerza de rozamiento. Esta fuerza se presenta cuando hay dos superficies en contacto y se opone al movimiento relativo entre ambas, es decir, a mayor rugosidad de las superficies, mayor fuerza de fricción y viceversa. La lubricación tiene como objetivo recubrir estas rugosidades volviéndolas microscópicamente “lisas” bajo el efecto de las condiciones de operación del mecanismo, tales como carga dinámica, velocidad y temperatura.

Durante el proceso de lubricación, el lubricante debe formar una película lubricante ho, la cual está compuesta por una serie de capas para permitir una adecuada separación de las superficies. La primera capa se denomina capa límite metálica y está conformada por aditivos metálicos que pueden ser de Extrema Presión (EP) o Antidesgaste (AW), según requiera la aplicación; su finalidad es proteger las rugosidades recubriéndolas con un material más duro. La segunda capa se conoce como capa de untuosidad, conformada principalmente por ácidos grasos, cuyo propósito es proteger a la capa metálica de la humedad y la corrosión. Por último, encontramos la capa fluida 3, conformada por partículas que se encuentran en movimiento relativo unas respecto de las otras permitiendo que las superficies se muevan sin que exista contacto entre ellas.

Un factor que influye en la eficiencia de la lubricación es comprender el tipo de fricción que presenta un sistema. Existen cuatro tipos: fuerza de fricción cinética metal-metal (se debe evitar a toda costa), fricción cinética sólida, fricción cinética mixta y fricción cinética fluida. Cada una de ellas condiciona el tipo de lubricación que requiere el mecanismo y brinda una idea del lubricante que se debe emplear para contrarrestar dicha fuerza.

En primer lugar, encontramos la lubricación límite o sólida, concurrente en todos los sistemas mecánicos, es transitoria y se presenta cuando el sistema inicia o frena su movimiento. En ella actúa una fuerza de fricción sólida y se hace necesario que el lubricante aporte un tercer elemento que puede ser un aditivo Extrema Presión (EP) o Antidesgaste (AW) que proteja las rugosidades de las superficies y evite su desgaste en lo que el sistema aumenta o disminuye su velocidad, según sea el caso. Cuando el mecanismo se detiene por completo o se deteriora la capa límite metálica se da un proceso de fricción metal-metal que conlleva a un desgaste adhesivo de las piezas. Existen máquinas que por su baja velocidad de operación se mantienen en un régimen de lubricación sólida y deben emplearse lubricantes sólidos como el grafito o el molibdeno para soportar las altas cargas del sistema.

Posteriormente, encontramos la lubricación Elastohidrodinámica (EHL), característica de sistemas que trabajan en rangos de baja y media velocidad (5 – 450 rpm aproximadamente) en donde prima la fricción cinética mixta. Los componentes no se separan completamente, por lo tanto, las rugosidades constantemente se están deformando elásticamente y no llegan a fracturarse gracias a la acción del aditivo (EP) que debe soportar las altas cargas del sistema y los esfuerzos cortantes sin que se rompa la capa límite metálica. La capa fluida es de poco espesor. La mayoría de motorreductores funcionan bajo este régimen de lubricación.

Por último, encontramos la lubricación hidrodinámica, en donde las superficies se separan completamente después de alcanzar la velocidad nominal de operación. Se usan aditivos AW para minimizar el desgaste de las crestas durante el arranque o la parada del equipo. Es característica de máquinas que funcionan a velocidades superiores a 450 rpm. Se recomienda realizar limpiezas periódicas del lubricante para evitar la acumulación de partículas que puedan generar desgaste abrasivo en las piezas dada la velocidad de las mismas.

En conclusión, muchas de las fallas que ocurren en las máquinas producto de una mala lubricación, pueden ser evitadas si se tienen en cuenta los principios que nos brinda la tribología. Como se ha visto anteriormente, entender el contexto operacional de un equipo y sus necesidades de lubricación, minimiza el riesgo de elegir un lubricante inadecuado y aumenta la vida útil de las piezas.