Lubricacion Capa Limite 2t2l6f

UNIVERSIDAD DE ORIENTE.

NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI. ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS. DEPARTAMENTO DE MECÁNICA. LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA IV.

Practica N°1 (LUBRICACIÓN EN CAPA LÍMITE)

Revisado por: Prof. Luis Martínez Sec. 24

Realizado por: Gelder, Jesús

C.I: 20.526.396

Martínez, Jonathan C.I: 19.184.648 Mirabal, Laura

C.I.: 18.848.859

Rodríguez, Wilman C.I: 17.972.587 Salado Manuel C.I.: 18.268.959

Barcelona, Febrero del 2013

Laboratorio de Ingeniería Mecánica IV Lubricación

RESUMEN El propósito o finalidad de la práctica en el laboratorio era Evaluar los diferentes lubricantes en probetas con un tipo de lubricación de capa límite. En

el

embarrilamiento de probeta a compresión consistió en usar 1 probeta de longitud y diámetro definido. Una vez identificada la probeta se sometieron a lubricación abundante para conocer donde se reduce mas la fricción y el efecto de los lubricantes sobre el embarrilamiento, para ello se utilizaron diferente lubricantes. Finalmente se tomo nota de sus dimensiones y se realizaron graficas de esfuerzo vs embarrilamiento.

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CONTENIDO

Pág. RESUMEN…..…..…………………………………………………….………………........II I. INTRODUCCIÓN……….………………………...………………………….……….…4 II. OBJETIVOS…………………………………………..……...……….…………………5 2.1 OBJETIVOS GENERALES…………………………………..…………….......5 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………………………….……..….5 III. MARCO TEÓRICO…….……………………………………………………..…….….6 IV. MATERIALES, EQUIPOS Y SUSTANCIAS………………………………...............10 4.1 MATERIALES………….……………………………………………….……..10 4.2 EQUIPOS………………………………………………………….....………...10 V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL………………...…………………….….…….11 VI. RESULTADOS …………………………………………….…....................................12 VII. ANÁLISIS DE RESULTADOS…………………………………...............................14 VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.………………………….………....19 IX. BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………….…….…..24 APÉNDICE………………………………………………………………………..………25 APÉNDICE A. ANEXOS………………………………...…..................……...…25

3III

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I.

INTRODUCCIÓN

La lubricación es básica y necesaria para la operación de casi todas las maquinarias. Sin lubricación, casi todas las maquinarias no funcionan, o si funcionan lo hacen por poco tiempo antes de arruinarse. Varios estudios hechos en EEUU concluyeron que si la tecnología actual de lubricación fuera accesible a toda la población, se mejoraría el producto bruto interno un 7%. La industria de lubricantes constantemente mejora y cambia sus productos a medida que los requerimientos de las maquinarias nuevas cambian y nuevos procesos químicos y de destilación son descubiertos. Un conocimiento básico de la tecnología de lubricación te ayudará a elegir los mejores lubricantes para cada necesidad Es por ello que en esta práctica laboratorio IV se estará estudiando la fricción en un proceso de deformación plástica, donde se aplicaran cargas de compresión a diferentes probetas y se obtendrán los porcentajes de deformación de cada muestra. Además de la observación del fenómeno de embarrilamiento generado en las mismas bajo la aplicación de lubricantes diferentes en las superficies de o.

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II.

OBJETIVOS

2.1 Objetivo General 2.1.1 Evaluar los diferentes lubricantes en probetas con un tipo de lubricación de capa limite. 2.2 Objetivos Específicos 2.2.1 Comparar el efecto del Embarrilamiento. 2.2.2 Garantizar la perpendicularidad de la cara de las probetas ensayadas.

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III.

MARCO TEÓRICO

Lubricación por Capa Límite Es la forma, o régimen, de lubricación entre dos superficies en o o frotamiento sin el desarrollo de un película lubricante elasto-hidrodinámica o hidrodinámica. La lubricación por capa límite se puede hacer más eficaz si se incluyen aditivos en el aceite lubricante que proporcionen una película más fuerte que el aceite, o fluido básico, y así previenen contra una fricción excesiva y un posible desgaste. Existen varios grados de lubricación por capa límite, dependiendo de la severidad del servicio. Para las condiciones ligeras, los agentes oleginosos, o modificadores de fricción, pueden ser utilizados; adheriendose en las superficies del metal, forman una película delgada pero durable, los modificadores de fricción evitan el desgaste adhesivo bajo algunas condiciones que pueden ser demasiado severas para un aceite mineral puro. Los aceites lubricantes compuestos, que se formulan con ácidos grasos polares, se utilizan a veces para este propósito. Los aditivos anti-desgaste se utilizan comúnmente en aplicaciones mas severas de lubricación por capa limite. Los casos más severos de lubricación por capa límite se definen como condiciones de extrema presión, y estos se resuelven por lubricantes que contienen aditivos de extrema presión, o EP, que evitan que las superficies en o se fundan a las altas temperaturas y o presiones generadas en discretas áreas de las superficies.

Tribología: Es la ciencia y tecnología entre la interacción de superficies en movimiento relativo e involucra el estudio de la fricción, el desgaste y lubricación. Se considera una potente herramienta para la caracterización de los fenómenos de desgaste. Para entender a la tribología se requiere de conocimientos de física, de química y de la tecnología de materiales. Las tareas del especialista en tribología son las de reducir la fricción y desgaste para conservar y reducir energía, lograr movimientos más rápidos y precisos para incrementar la productividad y reducir el mantenimiento.

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La tribología se centra en el estudio de tres fenómenos: 1) Desgaste: Es el daño de la superficie por remoción de material de una o ambas superficies sólidas en movimiento relativo. Es un proceso en el cual las capas superficiales de un sólido se rompen o se desprenden de la superficie. Al igual que la fricción, el desgaste no es solamente una propiedad del material, es una respuesta integral del sistema. Los análisis de los sistemas han demostrado que 75% de las fallas mecánicas se deben al desgaste de las superficies en rozamiento. Se deduce fácilmente que para aumentar la vida útil de un equipo se debe disminuir el desgaste al mínimo posible. En vista de eso se pueden distinguir los siguientes tipos de desgastes. 

Desgaste por Fatiga: Surge por concentración de tensiones mayores a las que puede soportar el material. Incluye las dislocaciones, formación de cavidades y



grietas. Desgaste Abrasivo: Es el daño por la acción de partículas sólidas presentes en la



zona del rozamiento. Desgaste por Erosión: Es producido por una corriente de partículas abrasivas, muy



común en turbinas de gas, tubos de escape y de motores. Desgaste por Corrosión: Originado por la influencia del ambiente, principalmente la humedad, seguido de la eliminación por abrasión, fatiga o erosión, de la capa del compuesto formado. A este grupo pertenece el Desgaste por oxidación. Ocasionado principalmente por la acción del oxígeno atmosférico o disuelto en el lubricante,



sobre las superficies en movimiento. Desgaste por Frotación: Aquí se conjugan las cuatro formas de desgaste, en este caso los cuerpos en movimiento tienen movimientos de oscilación de una amplitud



menos de 100 μm. Generalmente se da en sistemas ensamblados. Desgaste por deslizamiento: También conocido como desgaste por adhesión es el proceso por el cual se transfiere material de una a otra superficie durante su movimiento relativo como resultado de soldadura en frío debido a las grandes presiones existentes entre las asperezas, en algunos casos parte del material desprendido regresa a su superficie original o se libera en forma de virutas o rebaba. 7

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Existen pruebas de este tipo en las que se emplea una máquina de perno o esfera en 

disco. Desgaste Fretting: Es el desgaste producido por las vibraciones inducidas por un



fluido a su paso por una conducción. Desgaste de Impacto: Son las deformaciones producidas por golpes y que producen una erosión en el material.

2) Fricción: Se define como la resistencia al movimiento durante el deslizamiento o rodamiento que experimenta un cuerpo sólido al moverse sobre otro con el cual está en o. Esta resistencia al movimiento depende de las características de las superficies. Una teoría explica la resistencia por la interacción entre puntos de o y la penetración de las asperezas. La fricción depende de:  

La interacción molecular (adhesión) de las superficies La interacción mecánica entre las partes. La fuerza de resistencia que actúa en una dirección opuesta a la dirección del

movimiento se conoce como fuerza de fricción. Existen dos tipos principales de fricción: fricción estática y fricción dinámica. La fricción no es una propiedad del material, es una respuesta integral del sistema. Existen tres leyes de la fricción:  

La fuerza de fricción es proporcional a la carga normal. La fuerza de fricción es independiente de la aparente área de o entre las



superficies deslizantes. La fuerza de fricción es independiente a la velocidad de deslizamiento

3) Lubricación: Consiste en la introducción de una capa intermedia de un material ajeno entre las superficies en movimiento. Estos materiales intermedios se denominan lubricantes y su función es disminuir la fricción y el desgaste. El término lubricante es muy general, y puede estar en cualquier estado material: líquido, sólido, gaseoso e incluso semisólido o pastoso. La lubricación elimina el o directo de las superficies metálicas, impide su 8

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desgaste y reduce al mínimo el rozamiento que produce pérdida de potencia. Y la utilización del lubricante correcto en la forma y cantidad adecuada ofrece entre otros los siguientes beneficios:     

Reduce el desgaste de las piezas en movimiento. Menor costo de mantenimiento de la máquina. Ahorro de energía. Facilita el movimiento Reduce el ruido

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IV

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

4.1 Materiales:        

Probeta Anillo Jabón liquido Lubricante Motorkote Grasa Extrema Presión Aceite Extrema Presión Estopa Cilindro graduado (250ml)

4.2 Equipos:  Prensa hidráulica Capacidad: 30 TON Apreciación: 5 TON Marca: MEGA

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V 5.1.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Se limpio el anillo tanto como la probeta con diferentes lijas de grado para remover el oxido que presentaba cada uno. Se midieron las dimensiones del anillo como de la probeta. Se prepararon los diferentes lubricantes con las medidas previamente ya

5.2. 5.3.

establecidas. 5.4. Preparar la prensa hidráulica para realizar el proceso de zunchado a la probeta. 5.5. Se realizo el proceso de zunchado a la probeta antes de su lubricación. 5.6. Se tomo datos arrojados por el zunchado como lo fue la fuerza aplicada. 5.7. Se retiro la probeta del zunchado. 5.8. Se lubrico la probeta con el lubricante a utilizar en el zunchado. 5.9. Realizar el zunchado a la probeta ya lubricada. 5.10. Se retiro nuevamente la probeta para realizarle un lavado con thinner y desengrasante. 5.11. Repetir los pasos 5.8, 5.9 y 5.10. 5.12. Realizar un zunchado a la probeta Seca después del paso 5.11.

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VI

RESULTADOS

Tabla 6.1: Aceite Desplazamiento

5 10 15 20 25 30 35 40

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Seco

Venoco

Antes

Expert plus

0,625 4 6 7,5 8 8 8 8

20W50 0,35 2,3 4 5 5,5 6 6 6

Aceite Ultralub 80W90 2 3 4 4,8 5 5 5 5

Aceite

Aceite

20W50 con

80W90 con

Grasa

Seco

10CC de

10CC de

Azul

después

Motorkote 2,5 4 5 5 6 6 6 6

Motorkote 1,2 2,5 4 4,7 5 5 5,1 5,3

0,5 2 2,5 3 4 4,5 5 5

1 4,5 6 7 7 7 7 7

Fuerza (TON)

8 7

Seco Antes

6

Aceite Venoco

5

Aceite ultralub

4

Venoco-Motorkote Ultralub-Motorkote

3

Grasa Azul

2

Seco Despues

1 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Desplazamiento (cm)

Fig. 6.1 Gráfica Fuerza aplicada vs Desplazamiento

12

Laboratorio de Ingeniería Mecánica IV Lubricación 9 Fuerza 8 (TON) 7 6 5 4 3 2 1 0

Fig. 6.2 Gráfica Fuerza aplicada máxima vs Lubricantes utilizados

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VII

ANÁLISIS DE RESULTADOS

La figura 6.2 muestra una distribución de barras de diferentes tipos de lubricación vs el porcentaje de embarrilamiento, estos resultados fueron obtenidos después de haber sometido varias probetas a compresión. Antes de analizar el comportamiento de cada una de estas probetas es importante destacar que el lubricante entre las piezas evita que estas rocen entre sí. Se observó que el porcentaje de embarrilamiento utilizando grasas EP fue igual entre ellas. La lubricación con aceites EP y motorkote se observa que tienen un menor porcentaje de embarrilamiento debido a que estos son líquidos denominados aceites lubricantes donde su lubricación es límite, es decir, la película de lubricante es tan fina que existe un o parcial metal-metal. La lubricación hecha en el experimento, también evita que las superficies en o se adhieran entre sí, producto de la fricción y el calentamiento de las zonas en o, lo cual en equipos mecánico es de suma importancia, evitar dichos efectos.

Laura Mirabal C.I.: 18.848.859

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En la figura 6.1 se puede observar el desplazamiento de cada lubricante utilizado en la práctica con respecto a la fuerza aplicada en TON medida a cada 5 cm de avance, para algunos lubricantes mejoraron su capacidad mezclándolo con otro lubricante, disminuyendo la fuerza inicial, aunque la fuerza final tenia valores similares. Según lo observado en este ensayo, el lubricante utilizado mas efectivo fue la grasa azul o el Aceite Ultralub 80W90 sin motorkote, para disminuir considerablemente la fuerza aplicada para que la probeta pasara a través del anillo.

En la figura 2 muestran las fuerzas máximas mostradas por la prensa hidráulica para que la probeta atravesara completamente el anillo, en el cual se pudo observa que la mayor fuerza aplicada se presentaba en seco y la menor se presentaba con la aplicación de la grasa azul o el Aceite Ultralub 80W90 sin motorkote.

En ambas figuras se pudo observar que la fuerza aplicada en seco antes y después de probar con distintos lubricantes no es la misma. Esto puede haber ocurrido debido a restos de lubricante que hayan quedado en el anillo y la probeta.

Wilman Rodríguez CI 17.972.587

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En la tabla 6.1 se puede observar como la probeta sin lubricante (seco antes) utilizada antes de realizar las demás pruebas presenta una aplicación de fuerza mayor en comparación con los otros ensayos; esto es debido a que para esta prueba no se utilizo ningún tipo de lubricante para ayudar a disminuir la fricción entre el anillo y la probeta. La probeta sin lubricante (seco antes) en el ensayo realizado después de todos los demás necesitó mayor aplicación de fuerza en comparación a cuándo de utilizo lubricante, pero menos fuerza en comparación al la probeta (seco antes). Esto es debido a que a pesar de que ambas se realizaron sin lubricación la probeta había pasado por varios meca6nismos de desgaste producto del roce entre la probeta y el anillo.

La figura 6.1 muestra la Gráfica de Fuerza aplicada vs Desplazamiento, observamos que el motorkote no ayuda al aceite a disminuir la cantidad de fuerza necesaria para que la probeta atraviese el anillo bajo condiciones de cargas elevadas y extrema presión.

Al observar la figura 6.2 la Gráfica de Fuerza aplicada máxima vs Lubricantes utilizados, la probeta (seco antes) y (seco después) presentaron las mayores fuerzas aplicadas con respeto a su desplazamiento, debido a que en estas no se utilizo ningún tipo de lubricante para disminuir la fricción, cuándo se utilizo grasa azul en la probeta, se6necesito menos fuerza y se deslizo con mayor facilidad a través del anillo.

Jonathan Jesús Martinez Oliveros C.I.:19.184.648

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En la tabla 6.1 se puede observar como la probeta (seco antes) presenta una aplicación de fuerza mayor en comparación con los otros ensayos con lubricantes; esto es debido que la probeta (seco antes) presento varios mecanismo como lo fue la abrasión y la adhesión de metal. Esto es debido que ocurre un levantamiento de microvirutas que se desprenden a altas temperaturas que se combinan con el oxigeno para formar el oxido el cual es debido a su dureza producto de la abrasión a lo largo de la zona de desgaste de o que se acumula al extremo de la misma.

En la figura 6.1 se puede observar la Gráfica de Fuerza aplicada vs Desplazamiento como la probeta (seco antes) y (seco después) presentaron las mayores fuerzas aplicadas con respeto a su desplazamiento, mientras que el ensayo con grasa azul y aceite ultralub 80w90 sin Motorkote fue mas efectivo, debido que disminuyeron notablemente la fuerza aplicada para que dicha probeta se deslizara con mayor facilidad a través del anillo.

Por otra parte podemos observar en la figura 6.2 la Gráfica de Fuerza aplicada máxima vs Lubricantes utilizados, donde la probeta (seco antes) y (seco después) son las máximas debido a que presentaron mayor o de fricción entre sus superficies; mientras que por otra parte el ensayo con grasa azul y aceite Ultralub 80w90 sin Motorkote presentaron la mínima fuerza ejercida por la prensa hidráulica debido que se formo una capa de lubricación alrededor de la probeta para facilitar mejor su desplazamiento.

Br.Gelder, Jesús C.I: 20.526.396

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Considerando los datos obtenidos experimentalmente en la realización de la practica, se puede observar el comportamiento que presento el cilindro macizo de acero sometido a una prueba de compresión ,bajo condiciones de no lubricación y lubricación con aceites de tipo 20w50 y 80w90 cada uno por separado y luego cada uno también por separado pero con la adición de motorkote y finalmente con grasa tipo azul para rodamientos y equipos rotativos, se pudo observar que el cilindro sin lubricación es sometidos a fuerzas mucho mayores que estando lubricado, lo que dicha condición pudiera generar grandes cambios en la estructura física del material sometido a estudio, por otra parte se pudo observar como se reduce significativamente la fricciona sobre el cilindro de acero al ser lubricado, lo que quiere decir que una buena lubricación reducirá los esfuerzos a los cuales se encuentra sometido el material, manteniendo así una mejor conservación de las propiedades físicas del material y presupuesto un mejor desempeño en las labores de trabajo para la cual son diseñados.

Manuel Salado CI 18.268.959 18

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VIII

CONCLUSIONES

 La lubricación debe ser abundante.  Las grasas y lubricantes líquidos tienden a abandonar las superficies de o cuando son sometidas a cargas compresivas.  El espesor de la capa limite influye en el proceso de deformación.  Para que ocurra un embarrilamiento, completo la fuerza aplicada debe ser totalmente axial.  Una alta fricción y una alta temperatura, produciría que se soldasen las superficies sometidas a compresión.  La probeta que obtuvo el mayor embarrilamiento fue la que no fue lubricada, debido a que existió mayor fuerza y fricción.

Laura Mirabal C.I.: 18.848.859 CONCLUSIONES

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 Las probetas que necesitaron mayor fuerza aplicada son las que no fueron lubricad.  Las probetas que necesitaron menor fuerza aplicada fue en la q se utilizo Grasa Azul EP.  La fricción origina calor, y desgaste de las partes en movimiento.  La superficie más blanda, sufre arranque de material por parte de la más dura.  En el desgaste se producen partículas que quedan atrapadas entre las superficies que están en o  La lubricación por capa limite Tiene un espesor muy pequeño del orden de micras.

Jonathan Jesús Martinez Oliveros C.I.:19.184.648

CONCLUSIONES  Un buen lubricante depende del control de calidad que se le realice.  Entre mas abundante sea la lubricación, menor será la fricción y la temperatura de o producidas en la superficie.  La vida útil de un equipo depende de una adecuada lubricación. 20

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 Las grasas sintéticas al igual que los aceites no se comportan mejor que los minerales a temperaturas y RPM bajas.  Las grasas están hechas a bases de jabones donde se aloja el aceite. Si bien hay diferentes tipos de jabones, las propiedades antifricción las brinda el aceite que se aloja en ella y los aditivos.  La aditivación mejora las prestaciones de los lubricantes. .

Br.Gelder, Jesús C.I: 20.526.396 CONCLUSIONES

 La lubricación por capa límite se obtiene cuando el espesor de la película del lubricante es de una magnitud similar a las moléculas individuales de aceite.

 La lubricación por capa límite se puede hacer más eficaz si se incluyen aditivos en el aceite o lubricante que proporcionen una película más fuerte que el aceite, o fluido básico, y así previenen contra una fricción excesiva y un posible desgaste. 21

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 Los casos más severos de lubricación por capa límite se definen como condiciones de extrema presión, y estos se resuelven por lubricantes que contienen aditivos de extrema presión, o EP, que evitan que las superficies en o se fundan a las altas temperaturas.

 Para obtener resultados mas precisos es recomendable utilizar una prensa hidráulica de mayor apreciación.

Wilman Rodríguez CI 17.972.587 CONCLUSIONES 1. Una buena lubricación reduce significativamente la friccion 2. La no lubricación del material reduce significativamente el tiempo de vida útil del material. 3. La utizacion del motorkote bajo estas condiciones de presión y tempertura no reduce en gran medida la friccion

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4. La grasa azul reduce mejor la fricion en comparación con los otros lubricantes utilizados.

Manuel Salado CI 18268959 IX 1. Hutchings,

IBLIOGRAFÍA

I.M. Tribológia:

fricción

y

llevada

de

materiales

de

la

ingeniería. Edward Arnold, 77-104, 1992. 2. LINARES, Omar. ``Fundamentos de la lubricación, fricción y desgaste``. Widman International S.R.L, Santa Cruz-Bolivia. 23

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APÉNDICE APÉNDICE A: ANEXOS

Fig A.1. Lubricantes utilizados en la práctica

Fig A.2. Probetas y anillo

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Fig A.3. Lija y limpiador desengrasante

Fig A.4. Prensa hidráulica

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