Tribología: la ciencia detrás de todo lo que hacemos

Los cojinetes se utilizan para reducir la fricción. Cuando los rodillos “soportan” la carga, las ruedas y los engranajes que soportan giran suave y fácilmente.

Mucho antes de que la “sostenibilidad” se convirtiera en un enfoque global, los rodamientos desempeñaron un papel central en la mejora de la eficiencia energética y la longevidad mecánica al reducir el impacto ambiental de la maquinaria rotativa.

La ciencia de reducir la fricción es parte de un amplio campo llamado «tribología», y los expertos en tribología de Timken continúan reduciendo la fricción y mejorando la eficiencia de los rodamientos. Su investigación ayuda a garantizar que los rodamientos de Timken® brinden un rendimiento óptimo a medida que cambian los requisitos del cliente.

El Dr. Carl Hager habla sobre la evolución de la tribología en la industria de los rodamientos y explica por qué Timken es reconocido mundialmente como líder en el tema.

¿Qué papel juega la tribología en Timken?

Hager: “Tribología” como término no existía cuando Henry Timken formó la empresa en 1899, pero patentó un rodamiento de rodillos cónicos para resolver el problema de la fricción. La fricción es un fenómeno que impide el movimiento. Un ejemplo simple es la resistencia que sientes cuando dos superficies se frotan entre sí. De hecho, la palabra “tribología” proviene de la raíz griega tribos, “frotar”.

Aquí hay un problema de tribología: un eje de caja de engranajes necesita transmitir carga a la carcasa y girar. Para que gire de manera eficiente, debemos minimizar la fricción entre el eje y la carcasa. Podemos lubricar los contactos, pero también debemos considerar el potencial de daño entre las superficies. ¿Cómo minimizamos el daño, mientras facilitamos un movimiento eficiente? Ese problema está en la raíz de todo lo que hacemos.

¿Cuál es su enfoque para resolver problemas de tribología?

Hager: El análisis de desgaste es básico para la tribología. El Manual de ASM define el desgaste como «daño a una superficie sólida, que generalmente implica una pérdida progresiva de material». El desgaste abrasivo, adhesivo y por fatiga son las formas más comunes de daño tribológico que diagnosticamos.

El desgaste abrasivo es común en industrias como la minería y la agricultura y puede ocurrir cuando los contaminantes de partículas duras ingresan a los componentes tribológicos. Las superficies desgastadas pueden exhibir una morfología pulida suave o pueden tener surcos y rasguños profundos.

El desgaste adhesivo es común en interfaces de alta velocidad o mínimamente lubricadas. Puede ocurrir cuando las superficies en contacto se unen localmente y luego se separan o cortan. Esto hace que el material se transfiera a medida que se retira de una superficie y se adhiere a la otra.

El desgaste severo por fatiga, o desconchado, a menudo indica el final de la vida útil de los cojinetes de elementos rodantes. El daño ocurre cuando los contactos rodantes muy cargados están sujetos a una fatiga de alto ciclo. El desgaste leve por fatiga, también llamado descamación o micropicaduras, puede ocurrir cuando las superficies de los elementos rodantes no están debidamente separadas por una película lubricante. Las superficies en contacto exhiben presiones extremadamente altas dentro de las características de la textura de la superficie, que pueden agrietarse y descascararse a una profundidad de escala micrométrica.

La tribología es el núcleo de la amplia cartera de productos y servicios de Timken. La gestión de la fricción y el desgaste dentro de los componentes y sistemas es la base de su propuesta de valor para los clientes.

Los rodamientos transmiten la carga y reducen la fricción (pérdida de potencia) en las máquinas.

Las cadenas de rodillos se flexionan y funcionan con un desgaste mínimo dentro de la cadena o las ruedas dentadas.

Las correas utilizan la fricción y minimizan el desgaste para mantener la tensión adecuada.

Las transmisiones por engranajes deben tener una alta eficiencia de transmisión con un desgaste mínimo.

Los sistemas de lubricación automática gestionan la lubricación de los componentes de la máquina, sin intervención humana. La selección adecuada del lubricante puede minimizar la fricción y el desgaste.

¿Cómo ha cambiado el enfoque de tribología de Timken a lo largo de las décadas?

Hager: Timken comenzó a fabricar rodamientos antes de que estuvieran disponibles los cálculos modernos del espesor de la película de aceite. Fue en la década de 1920 cuando los investigadores comenzaron a relacionar el impacto del espesor de la película lubricante, la rugosidad de la superficie y la vida de fatiga por contacto rodante de los componentes. Este impacto se amplificó en la década de 1960 cuando Timken dio un paso adelante hacia un acero más limpio. Sin defectos en el material del subsuelo, las interfaces tribológicas comenzaron a dominar la vida útil de los rodamientos.

Hoy tenemos herramientas modernas que pueden modelar rodamientos. Estas herramientas pueden calcular presiones de contacto y predecir la formación de películas lubricantes muy finas. Este conocimiento se puede utilizar para diseñar y fabricar el contorno y la rugosidad adecuados en las superficies de rodamiento de los elementos rodantes.

¿Qué tipo de problemas de los clientes resuelven?

Hager: Timken tiene un laboratorio de tribología de primer nivel que podemos aprovechar para simular muchos tipos diferentes de contactos tribológicos. Usamos el conocimiento de las pruebas y el análisis para mitigar los problemas antes del lanzamiento de los productos. Ayudamos a desarrollar superficies y recubrimientos diseñados que eventualmente se convierten en soluciones para el cliente.

Además de la investigación y el desarrollo proactivos, interactuamos con los clientes y brindamos análisis de daños. Identificamos el tipo de desgaste al que se enfrentan para ayudar a encontrar una solución. También trabajamos con nuestro laboratorio de reología para ayudar a los clientes a elegir el lubricante adecuado para su sistema.

¿Qué hace de Timken un líder en tribología?

Hager: Trabajamos con una variedad de rodamientos para muchas industrias diferentes. En las últimas dos décadas, hemos ampliado nuestras líneas de productos para incluir componentes de transmisión de potencia más allá de los rodamientos.

Nuestro laboratorio ahora estudia la tribología en una amplia gama de temas. Podemos medir el espesor de películas lubricantes muy finas. Estudiamos la fricción y el desgaste de lubricantes sólidos y recubrimientos. Evaluamos el desgaste intermetálico de diferentes aceros y microestructuras. Probamos elastómeros para el desarrollo de materiales para bandas y polímeros para nuestras unidades con carcasa Poly-Round® resistentes a la corrosión.

Todo el conocimiento que obtenemos de esta diversa experiencia nos brinda una gran ventaja cuando llega el momento de resolver el siguiente problema complejo de tribología. Es por eso que tantas empresas de todo el mundo acuden a nosotros.

Doug Smith, vicepresidente de tecnología, habla sobre cómo Timken está ampliando las opciones de los clientes, basándose en más de un siglo de excelencia en TRB. Mira el video

Conozca las macrotendencias que impulsan las inversiones en I+D de Timken .

Last Updated: 2022/10/14

Published: 2022/06/24