Fundamentos de la Tribología Parte 3: Terminología, Normativa y Ensayos en Tribología

A lo largo del tiempo, se han desarrollado numerosos métodos de ensayo y normas para comprender qué variables influyen en un sistema tribológico. La comprensión de estas variables ayuda a los productores a desarrollar lubricantes de una manera significativa que les permitirá asignar el lubricante a una aplicación específica, como rodamientos, sistemas de engranajes, bombas, etc.

El artículo explora los métodos de ensayo utilizados para determinar la idoneidad de un lubricante para una aplicación. También cubrimos una gama de terminología utilizada a menudo en la tribología que ayudará a entender los diversos factores que entran en juego cuando se trabaja con sistemas tribológicos.

Esta es la tercera parte de una serie de tres partes en las que se analizan tres partes principales de la tribología y la aplicación de la tribología en la mecánica:

• Parte 1: ​los fundamentos de los tribosistemas
• Parte 2: El fenómeno de la lubricación en profundidad
• Parte 3: Normas, ensayos y clasificación en tribología

Índice de contenidos

• Métodos de ensayo y normas internacionales en tribología
• Terminología importante de la tribología

Métodos de ensayo y normas

Para garantizar la calidad y la utilidad de un lubricante, se pueden realizar diversas pruebas. En ellas se comprueba cómo las propiedades físicas y químicas del lubricante responden a diferentes factores de influencia. Los datos obtenidos se utilizan para determinar la aplicación adecuada del lubricante.

Pruebas de viscosidad

La viscosidad de un aceite se determina con diferentes instrumentos de medición según el tipo de producto. Se utiliza un viscosímetro de bola descendente para cumplir las especificaciones de la norma DIN 51562-1 o métodos similares. La especificación de la viscosidad cinemática V (ny) [mm2 /s] se efectúa a +40°C. El valor, por ejemplo a +100°C, suele ser también de interés, para poder evaluar también la caída de la viscosidad a temperaturas más altas.

Prueba de punto de inflamación

Esencialmente, el punto de inflamación se refiere a la temperatura más baja a la que un número suficiente de vapores inflamables se encenderá al entrar en contacto con una fuente de ignición. Con este método se puede evaluar el peligro de incendio de los líquidos combustibles. Los métodos de medición más comunes dependen del tipo de producto y de la altura del punto de destello. Hay dos pruebas disponibles, crisoles cerrados (según la norma DIN ISO 2592) o crisoles abiertos (según la norma ISO 1523:2002), también conocidas como pruebas de copa abierta o copa cerrada. Esta prueba es importante en la tribología, ya que la alta fricción suele provocar un desarrollo extremo del calor.

Prueba de fricción de la rosca

Para determinar el rozamiento de la rosca se utiliza un banco de pruebas de tornillos. La norma ISO 16047 define el coeficiente de fricción de una unión atornillada como la fuerza ejercida al apretar tornillos y tuercas. La prueba estará influenciada por la dimensión del hilo, el material y el tipo de superficie. La lubricación y los revestimientos también pueden afectar a las características tribológicas de las uniones roscadas. De este modo, se establecería un punto de referencia y se podría medir la influencia de los distintos parámetros.

Prueba de agua condensada y prueba de niebla salina

Una de las pruebas más importantes, sobre todo en el caso de los componentes metálicos de las aplicaciones, es cómo les afecta la corrosión. La lubricación ofrece un alto grado de protección contra la corrosión, el cual se determina con la prueba de agua condensada y la prueba de niebla salina. Ambas pruebas tienen como objetivo ver cuánto tiempo pasa antes de que un componente muestre rastros de corrosión. La prueba de agua condensada se define en la norma DIN 50017, la prueba de niebla salina se define en la norma ISO 9227.

En la prueba de agua condensada, el aire húmedo se condensa en la superficie de una pieza de prueba lubricada en seco o en húmedo bajo condiciones ambientales definidas en un entorno protegido. Se requiere un periodo de tiempo determinado para la exposición al agua condensada. Como resultado de estas pruebas, se pueden extraer conclusiones precisas sobre el comportamiento y el rendimiento de la protección contra la corrosión. Estas pruebas también pueden identificar cualquier defecto dentro de un revestimiento.

Las pruebas de niebla salina se realizan en condiciones similares. En este ensayo se simula un clima salino, en el que las placas recubiertas se exponen a una niebla salina definida según la norma ISO 9227. Se comprueba después de cuántas horas surgen rastros de óxido y qué grado de protección ofrece el lubricante contra la corrosión.

Pruebas de coherencia

Los penetrómetros miden la consistencia de la grasa lubricante de acuerdo con la norma ISO 2137, en la que la grasa se trabaja antes de la medición para simular la tensión del rodamiento. En función de la profundidad de penetración de un cono, se puede asignar la clase de consistencia según la norma DIN 51818. Las clases van de muy blandas (clase 000) a muy firmes (clase 6). Consulte la siguiente tabla:

Grado NLGI	Penetración trabajada (1/10 mm)	Tipo de grasa	Aplicación
000	445-475	Grasas y aceites fluidos	Sistemas de lubricación centralizada, Sistemas de lubricación de engranajes
00	400-430	Grasas y aceites para fluidos	Sistemas de lubricación centralizada, Sistemas de lubricación de engranajes
0	355-385	Grasas fluidas	Sistemas de lubricación centralizada, Sistemas de lubricación de engranajes
1	310-340	Grasas blandas	cojinetes lisos, rodamientos, bombas de agua
2	265-295	Grasas blandas	cojinetes lisos, rodamientos, bombas de agua
3	220-250	Grasas blandas	cojinetes lisos, rodamientos, bombas de agua
4	175-205	Grasas blandas	cojinetes lisos, rodamientos, bombas de agua
5	130-160	Grasas duras	Grasas de sellado, grasas de bloqueo
6	85-115	Grasas duras	Grasas de sellado, grasas de bloqueo

Prueba de comportamiento de ruptura

Este ensayo se realiza principalmente para las pastas de fijación y de tornillos utilizadas en aplicaciones de alta temperatura. Se lubrica un tornillo y se aprieta a 40 o 70 Newton metros. A continuación, el tornillo se somete a temperaturas comprendidas entre 200°C (392°F) y 650°C (1202°F) durante 100 horas. La cantidad de par de aflojamiento necesario se compara con el par de apriete que determina el comportamiento de rotura.

Prueba de punto de fluidez

El punto de fluidez de un lubricante se mide mediante los parámetros establecidos en la norma DIN ISO 3016. Este método consiste en calentar la muestra y luego enfriarla a una velocidad determinada. Las características de flujo de la muestra se examinan a intervalos de 3°C (37°F). El punto de fluidez es la temperatura más baja a la que se observa el movimiento ("vertido" o "flujo") de una muestra. Pruebas como ésta son especialmente valiosas para la lubricación realizada en zonas de almacenamiento en frío, climas fríos, etc.

Prueba de ajuste a presión

La prueba de ajuste a presión examina el comportamiento y la adherencia de los lubricantes sólidos bajo una presión muy alta y una velocidad de deslizamiento baja. Esta prueba mide el coeficiente de fricción y determina si se produce el stick-slip. Esto es crucial para los trabajos de montaje (por ejemplo, prensas), así como para las guías y los carriles de deslizamiento (por ejemplo, máquinas herramienta).

Pruebas de punto de caída

El punto de goteo de una grasa lubricante se define como la temperatura a la que la grasa pasa de un estado semisólido a un estado líquido cuando se prueba en las condiciones definidas por la norma ISO 2176. En las grasas que contienen jabones convencionales como espesantes, éste es el cambio de estado típico. Las grasas que contienen espesantes distintos de los jabones convencionales pueden no licuarse, lo que significa que carecen de punto de goteo. El punto de caída está por encima de la temperatura máxima de funcionamiento recomendada.

Pruebas con cuatro bolas

El banco de pruebas de cuatro bolas es un dispositivo de prueba de lubricantes que se utiliza para altas presiones superficiales en el rango de fricción mixta. Según la norma ISO 20623, el banco de pruebas de cuatro bolas consiste en una bola móvil giratoria que se desliza sobre tres bolas fijadas en su lugar.

Al comprobar la capacidad de carga máxima del lubricante, una fuerza de prueba actúa sobre la bola móvil, que se incrementa por pasos hasta que el sistema de cuatro bolas se suelda como resultado del calor de fricción producido. La prueba está diseñada para comprobar la capacidad de carga máxima de un lubricante.

Prueba tribológica de oscilación lineal

Los métodos de ensayo descritos en la norma internacional ISO 19291 se basan en una máquina de ensayo de oscilación lineal. Determina las magnitudes tribológicas, como la capacidad de carga, el desgaste, la fricción y el comportamiento de presión extrema de los aceites y las grasas en las geometrías de contacto bola-disco, como los rodamientos de bolas.

Prueba de espesor del revestimiento anticorrosivo

El grosor del revestimiento se mide haciendo girar una bola a una velocidad preestablecida sobre un único punto durante un periodo de tiempo predeterminado, lo que erosiona el revestimiento. A continuación, se examina el radio con un microscopio para determinar la profundidad de la penetración, con lo que se determina el grosor del revestimiento. Estos valores son muy importantes, ya que determinan la vida útil de la protección contra la corrosión.

Terminología importante de la tribología

En la tabla siguiente figuran términos que tienen su origen en la tribología y la lubricación.

Aditivos	Los lubricantes utilizan aditivos para mejorar propiedades específicas, como la anticorrosión.
Envejecimiento	Se refiere al cambio de las sustancias a nivel químico. El tiempo de funcionamiento, la luz, el aire medio, el calor, etc. son factores que provocan el envejecimiento.
Lubricación límite	Lubricación entre dos superficies de rozamiento que no implica la formación de una película lubricante totalmente fluida.
Stock brillante	Este lubricante residual pesado tiene un punto de fluidez bajo y se utiliza en mezclas acabadas para proporcionar una buena resistencia de la película de rodamiento, para evitar el gripado y para reducir el consumo de aceite.
Viscosidad Brookfield	Base del método D 2983 de la ASTM, utilizado para medir la viscosidad a baja temperatura de los lubricantes. Calcula el par necesario para hacer girar un husillo a velocidad constante en aceite a una temperatura determinada.
Lubricación centralizada	Lubricación a través de una ubicación central que suministra una cantidad medida de lubricante.
Lubricación por circulación	Un método de lubricación que implica una bomba que recircula el lubricante.
Degradación	Es la pérdida gradual de rendimiento de una máquina o lubricante.
Detergente	Un aditivo o un lubricante compuesto que mantiene los materiales insolubles en suspensión, impidiendo que se depositen donde podrían causar daños.
Lubricación elastohidrodinámica	Es habitual que las interfaces tribológicas estén sometidas a cargas y presiones muy elevadas. Como resultado, los propios cuerpos se deforman elásticamente, lo que facilita el deslizamiento en las interfaces lubricadas. El espesor de la película es el resultado tanto de la deformación elástica de los cuerpos como del flujo hidrodinámico del fluido.
Pérdida por evaporación	Se produce al exponer el aceite a altas temperaturas durante un tiempo determinado. El aceite debe evaporarse lo menos posible en proporción a su peso.
Lubricación de emergencia	Los lubricantes sólidos se utilizan cuando el aceite y la grasa no proporcionan una lubricación adecuada.
Lubricantes EP	Estos lubricantes están diseñados para soportar altas presiones y desgaste. Se fabrican con aditivos específicos.
Aditivo de extrema presión (EP)	Aditivo que permite que las superficies metálicas deslizantes permanezcan lubricadas bajo una presión extrema. Están hechos de compuestos reactivos de azufre, cloro o fósforo.
Fricción	En términos sencillos, la fricción es la resistencia al movimiento. Los materiales, las geometrías y las características superficiales de los cuerpos en contacto determinan el grado de resistencia, al igual que las condiciones de funcionamiento y el entorno. Para maximizar la eficiencia de un componente o proceso, a menudo es deseable minimizar la fricción.
Corrosión por fricción	La microfricción se produce en las piezas sometidas a vibraciones. Esto da lugar a la formación de óxido y partículas de acero abrasivas, o fretting.
Líquido ignífugo	Lubricante utilizado en aplicaciones hidráulicas de alta temperatura o peligrosas. Los tres tipos más comunes de fluidos resistentes al fuego son las emulsiones de agua-aceite de petróleo, los fluidos de agua-glicol y los fluidos no acuosos de baja volatilidad.
Resistencia de la película	La capacidad de un lubricante para evitar que las piezas metálicas se rayen o se marquen.
Lubricación forzada	Un sistema de lubricación en el que el lubricante se aplica bajo presión a la superficie del rodamiento.
Lubricación con película completa	Una película lubricante continua que separa completamente dos superficies, a diferencia de la lubricación de frontera.
Grafito	Una forma cristalina de carbono con una estructura laminar que se utiliza como lubricante. Puede ser un material de tipo natural o sintético.
Lubricación hidrostática	Método de lubricación en el que los lubricantes se suministran bajo una presión externa suficiente para formar una película fluida entre superficies opuestas.
Lubricante para engranajes hipoides	Lubricante para engranajes con características de extrema presión destinado a su uso con engranajes hipoides, como en los diferenciales.
ISO	Organización Internacional de Normalización
Grado de viscosidad ISO	Número que indica la viscosidad nominal de un lubricante fluido industrial a 40°C, según la norma ISO 3448.
Journal	Describe la parte de un eje que gira u oscila en o contra un rodamiento o alrededor del cual gira u oscila un rodamiento.
Rodamiento de la revista	Cojinetes que se mueven de forma rotativa u oscilante junto con las muñequillas. La superficie de apoyo de un cojinete de deslizamiento completo o de manguito tiene una extensión de 360°. Un rodamiento parcial tiene una superficie de apoyo inferior a 360°.
Viscosidad cinemática	Tiempo necesario para que una cantidad fija de un aceite fluya por un tubo capilar bajo la fuerza de la gravedad.
lubricantes	El lubricante se utiliza principalmente para reducir la fricción y el desgaste entre dos superficies de deslizamiento. Además, transportan el calor y los contaminantes lejos de la interfaz. La mayoría de los lubricantes están compuestos por aceite o grasa y productos químicos, llamados aditivos, que mejoran el rendimiento del aceite o la grasa. Los lubricantes también pueden ser gases o sólidos, según la aplicación.
Capacidad de mantenimiento de carga	Capacidad de un lubricante de formar una película sobre una superficie lubricada que resiste la ruptura en determinadas condiciones de carga. Se trata de la carga máxima que el sistema lubricado puede soportar sin que se produzcan fallos o un desgaste excesivo.
Lubricidad	Eficacia de un aceite o grasa como lubricante; también se denomina resistencia de la película.
Moly	Lubricante sólido y reductor de la fricción a base de disulfuro de molibdeno dispersado en determinados aceites y grasas o utilizado por sí mismo.
Micron	Un micrón es 0,0001 centímetros. El tamaño de los contaminantes suele describirse en micras. Una micra se exhibe como µm
Fluido newtoniano	La viscosidad de un fluido a una temperatura determinada es constante, independientemente de la velocidad de cizallamiento. Los aceites monogrados son fluidos newtonianos. Los aceites multigrados son fluidos no newtonianos, ya que su viscosidad cambia con la velocidad de cizallamiento.
Grasitud	Un lubricante que produce una baja fricción en condiciones de lubricación límite. A medida que la fricción disminuye, la oleosidad aumenta.
Estabilidad a la oxidación	La capacidad de un lubricante para resistir la degradación natural en contacto con el oxígeno.
Compuesto polar	Compuestos cuyas moléculas presentan características eléctricas positivas en un extremo y negativas en el otro. La polaridad de una molécula le confiere una gran afinidad por las superficies sólidas; estas moléculas actúan como aditivos lubricantes (agentes aceitosos), formando una película tenaz y reductora de la fricción. Actúan como emulsionantes en los lubricantes, ayudando a formar emulsiones estables de aceite y agua al ser solubles en aceite en un extremo y solubles en agua en el otro. Se dice que estos lubricantes tienen buenas propiedades de humectación de los metales.
Mantenimiento proactivo	La detección rutinaria y la corrección de las condiciones de la causa raíz que, de otro modo, conducirían a un fallo, un tipo de mantenimiento basado en la condición. Los altos niveles de contaminación del lubricante, la alineación y el equilibrio son algunas de las causas más críticas.
Lubricación del anillo	Sistema de lubricación en el que el lubricante se suministra al rodamiento mediante un anillo de aceite.
Rugosidad de la superficie	La rugosidad de la superficie de dos cuerpos puede tener un gran impacto en las interfaces de deslizamiento. La rugosidad de una superficie suele medirse mediante perfilometría. La rugosidad afecta al rozamiento y al desgaste de forma diferente según el tipo de deslizamiento.
Stick-slip	Concretamente, esto ocurre cuando el efecto del lubricante es insuficiente para las aplicaciones de baja velocidad. Durante las primeras etapas del proceso, la fricción es mayor, y a medida que aumenta la velocidad del proceso, la fricción disminuye.
Partículas de rozamiento	Debido a la ruptura total de la película lubricante, se producen partículas metálicas retorcidas y descoloridas.
Lubricación por salpicadura	En un sistema de lubricación, las piezas de un mecanismo se sumergen en el lubricante y lo salpican a sí mismas o a otros mecanismos.
Lubricante sintético	Sintetizado químicamente en lugar de extraído o refinado del petróleo para producir un compuesto con propiedades predecibles.
Disolventes	Sustancias que pueden disolver otras sustancias sin cambiar su composición química.
Aceites sintéticos	Estos aceites se derivan de reacciones químicas. Aumentando la resistencia química o mejorando la relación temperatura-viscosidad, sus propiedades pueden ajustarse para adaptarse a la aplicación.
Estabilidad térmica	Capacidad del combustible o del lubricante para resistir la oxidación en condiciones de alta temperatura.
Lubricación de película fina	Condición de lubricación en la que la fricción entre superficies depende tanto de las propiedades de las superficies como de la viscosidad del lubricante.
Tixotropía	La propiedad de una grasa lubricante que se manifiesta como un reblandecimiento de la consistencia tras el cizallamiento, seguido de un endurecimiento de la consistencia tras el cizallamiento.
Tribología	Estudio de la lubricación, la fricción y el desgaste de las superficies en movimiento relativo.
Desgaste tribológico	El desgaste tribológico es el resultado del movimiento relativo en la superficie de un objeto.
VCI (inhibidor de la fase de vapor)	Las propiedades anticorrosivas mejoran con el uso de este aditivo sostenible.
Viscosímetro o Viscosímetro	Aparato utilizado para determinar la viscosidad de un fluido.
Viscosidad	Medida de la resistencia al flujo de un fluido
Viscosidad absoluta	Relación entre el esfuerzo de cizallamiento y la velocidad de cizallamiento de un fluido. Normalmente se expresa en centipoises
Viscosidad-cinemática	Se mide como la diferencia entre la viscosidad absoluta y la densidad del fluido. Normalmente, se expresa en centistokes.
Viscosidad - SUS	Los segundos universales Saybolt (SUS) son el número de segundos que tardan 60 mililitros de aceite en pasar por un orificio estándar a una temperatura determinada.
Grado de viscosidad	Sistema de definición de los lubricantes en función de su viscosidad para aplicaciones específicas, como los aceites industriales, los aceites para engranajes, los aceites para motores de automóviles, los aceites para engranajes de automóviles y los aceites para motores de pistones de aviones.
Índice de viscosidad (VI)	Medida de la variación de la viscosidad de un fluido con la temperatura. Cuando el índice de viscosidad es alto, el cambio relativo de la viscosidad con la temperatura es menor.
Mejoradores del índice de viscosidad	Aditivos que aumentan la viscosidad de los fluidos en toda su gama de temperaturas útiles. Los aditivos son polímeros de alto peso molecular y poder espesante, necesarios para la formulación de aceites de motor multigrado.
Modificador de la viscosidad	Un aditivo para lubricantes, generalmente un polímero de alto peso molecular, que reduce la tendencia de la viscosidad de un aceite a cambiar con la temperatura.
Viscous	Un líquido con viscosidad. Un líquido con viscosidad. A menudo se utiliza como sinónimo de alta viscosidad.
Use	El desgaste es una pérdida de materiales, generalmente causada por el deslizamiento. Por lo general, no es deseable que se produzca un desgaste, ya que puede aumentar la fricción y provocar el fallo de los componentes. El desgaste se puede minimizar utilizando un lubricante para separar los dos cuerpos y que no se toquen directamente.
Aceite blanco	El aceite es altamente refinado para eliminar los componentes imprevisibles. El aceite mineral parafínico es su principal componente, y se utiliza sobre todo con fines médicos.
ZDDP (Zinc dialquilditiofosfato)	Este aditivo, que suele encontrarse en los fluidos hidráulicos y lubricantes, se utiliza para evitar el desgaste.

Esta es la tercera parte de una serie de tres partes en las que se analizan tres partes principales de la tribología y la aplicación de la tribología en la mecánica:

• Parte 1: Fundamentos de los tribosistemas
• Parte 2: El fenómeno de la lubricación en profundidad
• Parte 3: Normas, ensayos y clasificación en tribología