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Reduciendo la fricción, soportando el desgaste

En numerosas aplicaciones de ingeniería se produce fricción entre sólidos en contacto, la cual limita la vida útil de los sistemas mecánicos. Puesto que los mecanismos físicos que controlan la fricción abarcan distintas escalas temporales y espaciales, un grupo de científicos financiado por la Unión Europea desarrolló un marco de modelización multiescala.

Tecnologías industriales

La fricción y el desgaste provocados por el movimiento de los componentes de una máquina que entran en contacto son inevitables. Sin embargo, existen formas de limitar la intensidad de la fricción y prolongar la vida útil de los componentes y las máquinas, a la vez que se reducen los intervalos de mantenimiento. Muy a menudo, las máquinas se lubrican y la carga se sostiene sobre el lubricante y las rugosidades a la vez. Los lubricantes contienen aditivos que se enlazan químicamente a las superficies metálicas con el fin de reducir la fricción. El proyecto «Advanced lubrication modelling» (ALM) estudió a fondo la formación de láminas protectoras sobre las superficies de los componentes cuando el lubricante es insuficiente. Los científicos analizaron la posibilidad de modelizar los efectos químicos en la escala nanométrica junto con los efectos mecánicos en la escala micrométrica. Para calcular las distribuciones de presión en las interfaces entre los componentes de una máquina en distintas condiciones de lubricación, se utilizaron las ecuaciones de Reynolds. En el caso de láminas delgadas, era importante tener en cuenta la influencia de la rugosidad de las superficies durante la resolución de las ecuaciones que gobiernan la presión. Los científicos de ALM adoptaron un enfoque armonizador para incluir los efectos de la rugosidad con escalas de longitud característica pequeñas. Existen varias técnicas distintas de homogeneización, que van desde un nivel bastante abstracto hasta las orientadas a las aplicaciones industriales. El método denominado de escalas múltiples estaba lo suficientemente desarrollado como para usarlo con conjuntos de ecuaciones que describían dos superficies sólidas deslizantes interactuando a través de una lámina delgada de lubricante. Gracias a un conocimiento más detallado del desgaste en distintas escalas de longitud y tiempo, a continuación, los científicos de ALM analizaron la posibilidad de controlar activamente la dinámica del flujo de los lubricantes. Junto con los socios industriales del proyecto, se utilizó el marco de modelización multiescala para reducir las pérdidas de potencia a causa de la fricción en un motor hidráulico de nuevo diseño. La versatilidad de las herramientas de simulación numérica desarrolladas dentro del proyecto ALM también se ha demostrado en el diseño de un cilindro de potencia para motores de gasóleo de alta potencia. Mediante la reducción de la cantidad de energía que se pierde a causa de la fricción, se incrementó su eficiencia mecánica, lo cual tiene implicaciones importantes en el consumo de combustible y aceite. Las actividades de ALM dieron como resultado una gama completa de herramientas de modelización de la lubricación para que la industria pueda disponer de una visión única de cómo optimizar la lubricación y lograr resultados fiables y rentables a la vez. Se espera que este sea un recurso imprescindible para los fabricantes de equipos.

Palabras clave

Fricción, desgaste, componentes mecánicos, lubricante, superficies metálicas, modelización de la lubricación, rugosidad, homogeneización, dinámica de flujo, cilindro de potencia, motores de gasóleo

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