{"id":1678,"date":"2023-02-09T09:01:30","date_gmt":"2023-02-09T08:01:30","guid":{"rendered":"https:\/\/www.tribosingenieria.com\/php\/?p=1678"},"modified":"2025-03-04T08:35:08","modified_gmt":"2025-03-04T07:35:08","slug":"modificadores-de-friccion-como-una-ventaja-competitiva-en-el-logro-de-los-indicadores-de-confiabilidad","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.tribosingenieria.com\/php\/modificadores-de-friccion-como-una-ventaja-competitiva-en-el-logro-de-los-indicadores-de-confiabilidad\/","title":{"rendered":"MODIFICADORES DE FRICCION COMO UNA VENTAJA COMPETITIVA EN EL LOGRO DE LOS INDICADORES DE CONFIABILIDAD"},"content":{"rendered":"

INTRODUCCION<\/strong><\/p>\n

Las superficies de fricci\u00f3n de los mecanismos lubricados est\u00e1n constituidas por rugosidades compuestas por crestas y valles los cuales interact\u00faan entre s\u00ed con mayor o menor intensidad seg\u00fan las cargas din\u00e1micas generadas por el torque en el momento de la puesta en marcha de los mecanismos, y en algunos casos esta condici\u00f3n no solo se presenta en el arranque (fricci\u00f3n s\u00f3lida transitoria), sino que puede prevalecer durante todo el funcionamiento del mecanismo (fricci\u00f3n s\u00f3lida o mixta permanente). Esta condici\u00f3n de fricci\u00f3n conlleva a tener en cuenta en la selecci\u00f3n y uso correcto de los lubricantes (aceite o grasa) que lo que lubrica no solo es la base lubricante que aporta la Capa fluida 3 (Cf3) de la pel\u00edcula lubricante ho<\/sub>, sino tambi\u00e9n los modificadores de fricci\u00f3n, conocidos com\u00fanmente como \u201caditivos\u201d antidesgaste (AW) y Extrema Presi\u00f3n (EP) que forman la Capa l\u00edmite antifricci\u00f3n 1 (Cla1)L, sin los cuales ning\u00fan tipo de mecanismo podr\u00eda operar y alcanzar la Vida disponible en horas de operaci\u00f3n.<\/p>\n

LUBRICANTES <\/strong><\/p>\n

Al hablar de lubricantes es muy importante tener en cuenta el antes y el despu\u00e9s del desarrollo de la Tribolog\u00eda (Tribos: fricci\u00f3n, Logos: estudio) a partir de 1960; es relevante recordar que hacia 1957, en la Universidad de Leeds, Inglaterra, dos ingenieros mec\u00e1nicos, Duncan Dowson y Gordon Higginson, profesores de las materias de mantenimiento, lubricaci\u00f3n, materiales y dise\u00f1o de elementos de m\u00e1quinas, muy preocupados por los altos \u00edndices de desgaste adhesivo, que presentaban los mecanismos de los componentes de m\u00e1quinas en la puesta en marcha y en no pocos casos de manera permanente durante su operaci\u00f3n, adicional a la aparici\u00f3n prematura de desgaste anormal o fallas por fatiga superficial, iniciaron estudios e investigaciones te\u00f3ricos llevados a la pr\u00e1ctica para determinar las causas que conllevaban a este tipo de problemas a pesar de que la viscosidad requerida para cada condici\u00f3n operacional de los mecanismos, basada en la velocidad, torque, cargas din\u00e1micas, rugosidad y temperatura de operaci\u00f3n, era calculada teniendo en cuenta los m\u00e9todos de c\u00e1lculo desarrollados por Stribeck y Sommerfeld, entre otros, se presentaba este tipo de situaciones.<\/p>\n

Despu\u00e9s de 3 a\u00f1os de trabajos arduos y constantes se lleg\u00f3 a la \u00a0conclusi\u00f3n que el control efectivo del desgaste adhesivo y\u00a0 del desgaste por fatiga superficial, depend\u00eda no solo de la rugosidad de las superficies de fricci\u00f3n, hoy en d\u00eda normalizada seg\u00fan ISO 468-82, sino que era necesario adicionarle a la base lubricante de los aceites y de las grasas, un elemento, en la mayor\u00eda de los casos, met\u00e1lico, con un coeficiente de fricci\u00f3n menor que el del metal del mecanismo lubricado, con una alta reactividad y adherencia polar hacia el mismo. Estas teor\u00edas se comprobaron con trabajos de campo y fueron oficialmente aprobadas y tenidas en cuenta a partir de 1960, en especial en Inglaterra, donde la tribolog\u00eda se convirti\u00f3 en un programa gubernamental, orientado a reducir el desgaste y el consumo de energ\u00eda en las m\u00e1quinas que operaban en plantas industriales y en los rodamientos de las llantas y motores de combusti\u00f3n interna de los veh\u00edculos. Se puede decir, que el desarrollo de la Tribolog\u00eda cambi\u00f3 radicalmente las teor\u00edas del dise\u00f1o mec\u00e1nico y la formulaci\u00f3n de los lubricantes.<\/p>\n

Los \u201caditivos\u201d antidesgaste (AW) y Extrema Presi\u00f3n (EP), son considerados por algunas personas como aditivos porque se le adicionan o agregan a la base lubricante como un elemento m\u00e1s con unas funciones muy espec\u00edficas que son las de controlar el desgaste adhesivo en condiciones de pel\u00edcula l\u00edmite cuando la pel\u00edcula fluida no est\u00e1 presente o lo hace de manera parcial como en el caso de la lubricaci\u00f3n Elastohidrodin\u00e1mica. Realmente denominarlos \u201caditivos\u201d no es correcto, aunque hagan parte del paquete de aditivos, en el cual se encuentran de manera balanceada todos los aditivos junto con el modificador de fricci\u00f3n, los cuales se le agregan a la base lubricante (naft\u00e9nica, paraf\u00ednica, Grupo I, Grupo II, Grupo III, etc) \u00a0dependiendo de la aplicaci\u00f3n del aceite; la denominaci\u00f3n m\u00e1s acertada es la de modificador de fricci\u00f3n, ya que su funci\u00f3n es el control efectivo del contacto metal – metal de las superficies de fricci\u00f3n bajo cualquier condici\u00f3n de trabajo. Por lo tanto, los dos elementos en un lubricante, ya sea aceite o grasa, responsables de la lubricaci\u00f3n de los mecanismos sometidos a fricci\u00f3n mixta permanente o fluida, en condiciones de lubricaci\u00f3n EHD o HD respectivamente, son la base lubricante que forma la Capa fluida 3 y el modificador de fricci\u00f3n la capa l\u00edmite antifricci\u00f3n 1, a sea AW o EP. El modificador de fricci\u00f3n trabaja solo, cuando la fricci\u00f3n es s\u00f3lida permanente y la lubricaci\u00f3n es l\u00edmite.<\/p>\n

Se puede definir un aceite ya sea ISO 3448 (industrial), SAEJ300 (automotriz para motores de combusti\u00f3n interna) o SAE J306 (automotriz para transmisiones y diferenciales) como:<\/p>\n

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Se puede definir una grasa NLGI D217 (industrial o automotriz) como:<\/p>\n

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Es muy importante tener presente que los aditivos en un aceite o una grasa no participan directamente en el proceso de lubricaci\u00f3n, sino que garantizan la lubricaci\u00f3n eficiente de los mecanismos sometidos a fricci\u00f3n, esto es, que neutralizan el efecto de los malos actores, tales como las altas temperaturas (mayores de 50\u00baC), agua, ox\u00edgeno, metales catalizadores como el hierro y el cobre, etc; por lo que los que forman la pel\u00edcula lubricante ho<\/sub>, ya sea que el mecanismo trabaje bajo condiciones de fricci\u00f3n s\u00f3lida permanente, fricci\u00f3n mixta permanente o fricci\u00f3n fluida, son la base lubricante que de acuerdo con la viscosidad en centistokes (cSt) y la temperatura de operaci\u00f3n, forma la Capa fluida 3 y el modificador de fricci\u00f3n la Capa l\u00edmite antifricci\u00f3n 1 de la pel\u00edcula lubricante ho<\/sub>.<\/p>\n

PELICULA LUBRICANTE<\/strong><\/p>\n

La pel\u00edcula lubricante ho<\/sub> en los mecanismos sometidos a fricci\u00f3n, depende del tipo de fricci\u00f3n, y en cada caso puede trabajar solo el modificador de fricci\u00f3n, \u00e9ste y la base lubricante o solo la base lubricante, teni\u00e9ndose por lo tanto las siguientes situaciones:<\/p>\n

Fricci\u00f3n s\u00f3lida, lubricaci\u00f3n l\u00edmite y pel\u00edcula lubricante l\u00edmite (LL):<\/strong> Se presenta siempre que un mecanismo se pone en operaci\u00f3n y solo est\u00e1 presente el modificador de fricci\u00f3n AW o EP adherido a la rugosidad de las superficies met\u00e1licas del mecanismo. Esta situaci\u00f3n puede ser permanente o transitoria. Es permanente cuando el mecanismo se queda trabajando en esta condici\u00f3n de fricci\u00f3n s\u00f3lida debido a que funciona a muy bajas velocidades, por lo regular por debajo de 10 rpm, o cuando el movimiento es de tipo vaiv\u00e9n u oscilatorio, el torque es alto con cargas din\u00e1micas de alta intensidad; en este caso se utilizan modificadores de fricci\u00f3n de tipo Extrema presi\u00f3n EP que pueden ser EP1<\/sub> (1ra generaci\u00f3n), EP2<\/sub> (2da generaci\u00f3n), EP3<\/sub> (3ra generaci\u00f3n), EP4<\/sub> (4ta generaci\u00f3n). Este puede ser el caso de la lubricaci\u00f3n de cables met\u00e1licos, cadenas de rodillos, gu\u00edas, etc. Se aplican solos en polvo, en spray mezclados con un solvente, con un aceite o con una grasa dependiendo del m\u00e9todo de lubricaci\u00f3n. Esta condici\u00f3n de fricci\u00f3n s\u00f3lida es transitoria cuando el mecanismo pasa a otro estado de fricci\u00f3n que en este caso es mixta y se utilizan modificadores de fricci\u00f3n AW o EP y bases lubricantes de baja, media o alta viscosidad. El valor del coeficiente de fricci\u00f3n s\u00f3lida oscila entre 0,01 y 0,08 dependiendo del tipo de modificador de fricci\u00f3n que se est\u00e9 utilizando, de la rugosidad de las superficies de fricci\u00f3n seg\u00fan ISO 468-82 y del tipo de mecanismo.<\/p>\n

Ver Figura 1(a) y Figura 1(b). <\/strong><\/p>\n

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Fricci\u00f3n mixta, lubricaci\u00f3n Elastohidrodin\u00e1mica (EHD) y pel\u00edcula lubricante mixta:<\/strong> Se presenta cuando el mecanismo sale de fricci\u00f3n s\u00f3lida y est\u00e1n presentes de manera parcial en un determinado porcentaje, dependiendo del torque y de la velocidad (por lo regular entre mayor de 10 rpm y menor de 450 rpm), el modificador de fricci\u00f3n AW o EP y la base lubricante. Esta condici\u00f3n puede ser permanente o transitoria. Es permanente cuando el mecanismo se queda trabajando en esta condici\u00f3n de fricci\u00f3n debido a que funciona en el rango de velocidades entre a mayor de 10 rpm hasta 450 rpm (realmente en este an\u00e1lisis hay que tener en cuenta es la velocidad lineal en m\/s de la superficie que se mueve que las rpm, pero con el fin de facilitar la explicaci\u00f3n, se especifica en rpm) con torques y cargas din\u00e1micas moderados, se utilizan modificadores de fricci\u00f3n que pueden ser EP1<\/sub>, EP2<\/sub>, EP3<\/sub>, EP4<\/sub> y bases lubricantes de media y alta viscosidad a partir del grado ISO 100. Este puede ser el caso de la lubricaci\u00f3n de reductores de velocidad, engranajes abiertos, cojinetes lisos, rodamientos en componentes de m\u00e1quinas que trabajan en molinos de bolas, plantas cementeras, molinos papeleros, molinos azucareros, entre otros. Esta condici\u00f3n de fricci\u00f3n mixta es transitoria cuando el mecanismo pasa a otro estado de fricci\u00f3n que en este caso es fluida y el modificador de fricci\u00f3n es de tipo AW (Antidesgaste). El valor del coeficiente de fricci\u00f3n mixta oscila entre 0,008 y 0,004 dependiendo del tipo de modificador de fricci\u00f3n que se est\u00e9 utilizando, de la rugosidad de las superficies de fricci\u00f3n, ver est\u00e1ndar de rugosidades ISO 468-82, de la clase de base lubricante que puede ser mineral, sint\u00e9tica o vegetal y del tipo de mecanismo. Los modificadores de fricci\u00f3n AW o EP hacen parte del aceite o de la grasa que se utiliza para estas condiciones de fricci\u00f3n y de lubricaci\u00f3n.<\/p>\n

Ver Figura 2(a), Figura 2(b). <\/strong><\/p>\n

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La Fuerza de fricci\u00f3n mixta o fricci\u00f3n mixta se puede minimizar cuando se requiere un lubricante con un modificador de fricci\u00f3n Extrema Presi\u00f3n de tipo EP1<\/sub> y se utiliza un EP2<\/sub>, un EP3<\/sub>, o un EP4<\/sub>, y por el contrario se puede incrementar cuando se requiere un EP2<\/sub>, un EP3<\/sub> o un EP4 <\/sub>y se pasa a un EP1<\/sub>.<\/p>\n

Fricci\u00f3n fluida, lubricaci\u00f3n hidrodin\u00e1mica (HD) y pel\u00edcula lubricante fluida:<\/strong> Se presenta cuando el mecanismo sale de fricci\u00f3n mixta y est\u00e1 presente al 100% la Capa fluida 3 de la pel\u00edcula lubricante ho<\/sub> formada por la base lubricante. En este caso la Capa l\u00edmite antifricci\u00f3n 1 formada por el modificador de fricci\u00f3n AW se encuentra adherida a la rugosidad de las superficies de fricci\u00f3n, no trabaja, debido a que las dos superficies de fricci\u00f3n est\u00e1n completamente separadas. Esta condici\u00f3n es permanente mientras se mantengan las condiciones de velocidad, torque, cargas din\u00e1micas, temperatura de operaci\u00f3n y rugosidad. En este caso el modificador de fricci\u00f3n es de tipo Antidesgaste (AW) ya que solo trabaja de manera transitoria cuando el mecanismo pasa por fricci\u00f3n s\u00f3lida y mixta. Se utilizan bases lubricantes de grado ISO 68 o menores. Este puede ser el caso de la lubricaci\u00f3n de incrementadores de velocidad, cojinetes lisos y rodamientos en componentes de m\u00e1quinas como motores el\u00e9ctricos, ventiladores, bombas centr\u00edfugas, compresores de l\u00f3bulos, de tornillo, entre otros. El valor del coeficiente de fricci\u00f3n fluida oscila entre 0,004 y 0,001 dependiendo de la clase de base lubricante que se est\u00e9 utilizando que puede ser mineral, sint\u00e9tica o vegetal. Los modificadores de fricci\u00f3n AW hacen parte del aceite o de la grasa que se utilice para estas condiciones de fricci\u00f3n y de lubricaci\u00f3n.<\/p>\n

Ver Figura 3(a), Figura 3(b) y Figura 3(c). <\/strong><\/p>\n

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La pel\u00edcula lubricante ho<\/sub> est\u00e1 constituida por la Capa l\u00edmite antifricci\u00f3n 1, la Capa l\u00edmite de untuosidad 2 y por la Capa fluida 3. Solo lubrican la Capa l\u00edmite antifricci\u00f3n 1 y la Capa fluida 3 de acuerdo con el tipo de fricci\u00f3n que se presente en los mecanismos lubricados; la Capa l\u00edmite de untuosidad 2 protege la Capa l\u00edmite antifricci\u00f3n 1 de la humedad y de los \u00e1cidos corrosivos que puedan estar presentes en la Capa fluida 3.<\/p>\n

MODIFICADOR DE FRICCION <\/strong><\/p>\n

El modificador de fricci\u00f3n de tipo Antidesgaste AW o Extrema Presi\u00f3n EP, hace parte fundamental en la formulaci\u00f3n de los aceites y de las grasas, de tal manera que se debe seleccionar correctamente teniendo en cuenta que si la condici\u00f3n de fricci\u00f3n es s\u00f3lida permanente y la lubricaci\u00f3n es l\u00edmite, el modificador de fricci\u00f3n debe ser Extrema Presi\u00f3n (EP) y se utiliza solo o mezclado con un aceite o con una grasa como veh\u00edculos, aunque estos no participan propiamente en el proceso de lubricaci\u00f3n, si ayudan \u00a0a mejorar el deslizamiento entre las superficies de fricci\u00f3n y el enfriamiento; si es mixta permanente y la lubricaci\u00f3n es EHD, deben ser EP1<\/sub>, EP2<\/sub>, EP3<\/sub>, EP4<\/sub> y bases lubricantes de media y alta viscosidad a partir del grado ISO 100 tanto en aceites o como en grasas y si es fluida o lubricaci\u00f3n HD, deben ser AW con bases lubricantes de baja viscosidad desde el ISO 68 hacia abajo, tanto en aceites como en grasas.<\/p>\n

Los modificadores de fricci\u00f3n en su mayor\u00eda son metales (f\u00f3sforo, zinc, tungsteno, molibdeno, etc), y en algunos pocos casos son no met\u00e1licos (boratos, PTFE, etc). Su utilizaci\u00f3n depende de la criticidad de la fricci\u00f3n s\u00f3lida o de la mixta permanente y se seleccionan de acuerdo a los requerimientos de la capacidad de carga, seg\u00fan la prueba de 4 bolas ASTM 2596 para grasas y ASTM D2783 para aceites, que debe tener la Capa l\u00edmite antifricci\u00f3n 1 que hace parte de la pel\u00edcula lubricante ho<\/sub> en aquellas zonas de la rugosidad donde la fricci\u00f3n es s\u00f3lida permanente. La capacidad de carga la determina el fabricante del componente lubricado de acuerdo con el c\u00e1lculo del factor de seguridad de la pel\u00edcula lubricante ?, seg\u00fan el tipo de mecanismo, velocidad, torque, carga din\u00e1mica, rugosidad de las superficies de fricci\u00f3n y temperatura de operaci\u00f3n.<\/p>\n

En la pr\u00e1ctica cuando el fabricante del componente recomienda el lubricante que se debe utilizar, adem\u00e1s de la viscosidad en cSt\/40\u00baC y en cSt\/100\u00baC y de los otros par\u00e1metros a tener en cuenta para poder catalogarlo, debe especificar claramente la capacidad de carga del modificador de fricci\u00f3n, ya sea AW, en la prueba Timken ASTM D2782 para aceites y ASTM D2509 para grasas o cuando es EP en la prueba de 4 bolas ASTM D2783 para aceites y ASTM D2596 para grasas. Si este dato que es fundamental en la selecci\u00f3n correcta del lubricante, en especial, cuando las condiciones de fricci\u00f3n son s\u00f3lida permanente, lubricaci\u00f3n l\u00edmite, o mixta permanente, lubricaci\u00f3n EHD, no las da el fabricante, es necesario contactarse con \u00e9l, o en su defecto se debe calcular con base en el factor de seguridad de la pel\u00edcula lubricante ?, ya que sin este dato no es factible tener la certeza de que el lubricante que se va a utilizar va a lubricar correctamente las superficies de fricci\u00f3n, y por lo tanto es factible que se presenten condiciones de desgaste adhesivo anormal o fallas catastr\u00f3ficas por adhesi\u00f3n.<\/p>\n

Una vez que se ha determinado cu\u00e1l es la generaci\u00f3n del modificador de fricci\u00f3n EP que se debe utilizar mediante el c\u00e1lculo del factor de seguridad de la pel\u00edcula lubricante l, se verifica que el modificador de fricci\u00f3n del lubricante que se va a utilizar si tenga la capacidad de carga requerida, esto se hace determinando en la prueba de desgaste de 4 bolas seg\u00fan el m\u00e9todo ASTM D2783 para aceites y ASTM D2596 para grasas, cu\u00e1l es la capacidad de carga, en kgf, del modificador de fricci\u00f3n EP que contiene el lubricante. Este dato se consulta en la ficha t\u00e9cnica del lubricante que aparece en el cat\u00e1logo del fabricante del lubricante, o en caso contrario es necesario obtener este dato mediante pruebas de laboratorio. Es importante anotar, que se han presentado casos en los que el valor de la capacidad de carga en kgf en 4 bolas referenciado en el catalogo del fabricante del lubricante es inferior a la capacidad de carga real que tiene el modificador de fricci\u00f3n, por lo que se debe tener en cuenta cuando se compran lubricantes con modificadores de fricci\u00f3n EP2<\/sub> en adelante, pedirle una certificaci\u00f3n al fabricante del lubricante.<\/p>\n

En la Tabla 1<\/strong>, se especifica la capacidad de carga de los modificadores de fricci\u00f3n AW y EP de acuerdo con la prueba de 4 bolas, ASTM D2783 para aceites y ASTM D2596 para grasas. Se da la equivalencia de esta prueba en Timken ASTM D2782 para aceites y ASTM D2509 para grasas, ya que algunos fabricantes la especifican en esta \u00faltima.<\/p>\n

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FUNCIONAMIENTO DEL MODIFICADOR DE FRICCION EP<\/strong><\/p>\n

Los modificadores de fricci\u00f3n Extrema Presi\u00f3n (EP) act\u00faan sobre la superficie de fricci\u00f3n, no solo controlando la fricci\u00f3n metal – metal de tal manera que el desgaste adhesivo sea m\u00ednimo en condiciones normales de operaci\u00f3n cuando la fricci\u00f3n es s\u00f3lida o mixta permanente, o en la puesta en marcha de los mecanismos, sino que adicionalmente permiten una mejor distribuci\u00f3n en la zona de fricci\u00f3n de la carga din\u00e1mica dando lugar a que los esfuerzos de Hertz sobre dicha zona sean menores, que la fricci\u00f3n s\u00f3lida disminuya y por ende la temperatura de operaci\u00f3n, logr\u00e1ndose por lo tanto un mejor control del desgaste adhesivo y del desgaste \u00a0por fatiga superficial. Esta caracter\u00edstica de los modificadores de fricci\u00f3n en los de 3ra y 4ta generaci\u00f3n es mucho m\u00e1s eficiente ya que no solo act\u00faan sobre la rugosidad de las dos superficies de fricci\u00f3n, sino que tambi\u00e9n la recubren en un mayor porcentaje y algunos de ellos act\u00faan sobre el metal trasladando microsc\u00f3picamente material de las crestas m\u00e1s altas de la rugosidad a los valles conllevando a una superficie menos rugosa. De ah\u00ed que en casos anormales de operaci\u00f3n, ya sea que los mecanismos trabajen incluso bajo condiciones de lubricaci\u00f3n hidrodin\u00e1mica, con problemas de desalineamiento, desbalanceo hidr\u00e1ulico o mec\u00e1nico, etc, sea factible mantener una condici\u00f3n operativa confiable durante un determinado tiempo, mientras se saca de servicio la m\u00e1quina.<\/p>\n

Estos beneficios se obtienen en mayor grado en la medida que el modificador de fricci\u00f3n EP sea de una generaci\u00f3n m\u00e1s alta como resultado de la forma microsc\u00f3pica como act\u00faan sobre la rugosidad de las superficies de fricci\u00f3n, que es de la siguiente manera:<\/p>\n