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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.