Regímenes de Lubricación

 Conocer los regímenes de lubricación en el que trabajan nuestras máquinas es fundamental para escoger la viscosidad y el tipo de lubricante adecuado con el objetivo de evitar desgastes y reducir el consumo energético, para ello es necesario conocer la curva de Stribeck.

 Escoger la viscosidad adecuada para cualquier aplicación resulta de vital importancia para evitar desgastes en las máquinas, esta elección suele realizarse teniendo en cuenta la recomendación del fabricante, pero raras veces se consideran parámetros como la velocidad relativa de las superficies o la temperatura real de trabajo. En caso de duda habitualmente aumentamos el grado de viscosidad ISO, pero esto no garantiza una mejor protección contra el desgaste.

 Además, con estos criterios no tenemos en cuenta el consumo energético del equipo, que se puede incrementar de forma importante sin que eso conlleve un aumento de fiabilidad.

 La mejor manera de solucionar este problema es conocer el régimen de lubricación en el que trabajamos y para ello necesitamos conocer la curva de Stribeck.

 Descrita por Richard Stribeck a principios del siglo XX, esta Curva nos proporciona una visión general de la variación del coeficiente de fricción entre dos superficies en función del régimen de lubricación. Este régimen depende de un parámetro que relaciona la viscosidad del lubricante, la velocidad relativa de las superficies y la carga a la que estas están sometidas.

 Si seguimos el eje horizontal, primero encontramos el denominado régimen de lubricación límite, en él el coeficiente de fricción es muy elevado debido a que la película lubricante es muy fina, inferior a la rugosidad de las superficies, por lo que no podemos evitar el contacto ni el desgaste. Si no podemos evitar trabajar en este régimen de lubricación, debido a las temperaturas de trabajo, velocidades relativas muy bajas y/o cargas muy elevadas, debemos utilizar lubricantes sólidos. La otra opción es aumentar la viscosidad del lubricante para desplazarnos al siguiente régimen de lubricación.

 Este lo denominamos lubricación mixta y en él el grosor de la película lubricante es mayor, aproximadamente igual a la rugosidad de las superficies, por lo que encontramos contactos puntuales. En este régimen se produce una disminución drástica del coeficiente de fricción y podemos encontrar un mínimo de la curva, eso significa que es el más adecuado en términos de eficiencia energética. Para evitar desgastes es necesario utilizar aditivos anti-desgaste adecuados a la aplicación. 

 Estos dos regímenes los consideramos inestables, ya que un aumento de la temperatura reduce la viscosidad y aumenta la fricción lo que multiplica este efecto desplazando el régimen de lubricación a la izquierda, la zona donde se genera mayor desgaste, de la curva.

 Si, por el contrario, aumentamos la viscosidad o la velocidad relativa de las superficies entramos en los regímenes de lubricación elastohidrodinámica e hidrodinámica, en estos casos tenemos garantizada la separación de las superficies debido a que el grosor de la película lubricante es superior a la rugosidad de las superficies, por lo que reducimos el desgaste al mínimo.

 El régimen de lubricación elastohidrodinámica, descrito por Ertel y Grubin y desarrollado por Cheng, se da entre superficies curvas entre las que se producen contacto Hertziano debido que encontramos unas superficies de contacto muy pequeñas y cargas muy elevadas, que traen como consecuencia una presión de contacto extremadamente elevada, alcanzando los 3.0 GPa, que incrementan drásticamente la viscosidad del lubricante y deforman ambas superficies reduciendo la rugosidad. Este régimen de lubricación está muy cerca del mínimo de la curva de Stribeck (algunos autores consideran que, de hecho, el mínimo se encuentra en este régimen) por lo que es interesante situarnos en esta zona para mejorar eficiencia energética a la vez que reducimos desgastes. Es el régimen de lubricación típico de engranajes, rodamientos y levas.

 En el régimen de lubricación hidrodinámica el grosor de la película lubricante es mucho mayor que la rugosidad, debido a la velocidad relativa de las superficies y la viscosidad del lubricante, por lo que evitamos completamente el contacto entre las superficies eliminando desgastes. Este régimen está definido por la ecuación de Reynolds. Sin embargo, la curva de Stribeck nos indica que en este régimen aumenta la fricción debido, precisamente, a la elevada viscosidad del fluido por lo que tiene un aspecto perjudicial para el consumo energético, sobre todo si la velocidad relativa de las superficies es muy elevada, en estos casos podemos reducir la viscosidad del lubricante para acercarnos al mínimo de la curva de Stribeck sin comprometer la protección al desgaste. Es el régimen de lubricación típico de cojinetes.

 Consideramos estos dos regímenes de lubricación estables ya que cualquier variación de temperatura varía la viscosidad y el coeficiente de fricción en el mismo sentido por lo que se estabiliza.